(57)【要約】【課題】本発明の一実施形態は、インダクタ間の干渉結合を小さくするインダクタユニットを提供する。【解決手段】本発明の実施形態に係るインダクタユニットは、コアと、コアに巻き付けられた巻線とを備え、巻線の軸方向が略平行である第１および第２のインダクタと、巻線の軸方向が、第１および第２のインダクタの巻線の軸方向と略垂直である第３および第４のインダクタとを備える。平面視において、第１のインダクタのコアの中心と、第２のインダクタのコアの中心とを結んだ第１の線分が、第１のインダクタの巻線の軸方向と平行とも垂直ともならないように、第１および第２のインダクタが配置され、第３のインダクタのコアの中心と、第４のインダクタのコアの中心とを結んだ第２の線分が、第３のインダクタの巻線の軸方向と平行とも垂直ともならないように、第３および第４のインダクタが配置される。【選択図】図１
2018041796.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアと、前記コアに巻き付けられた巻線とを備えた複数のインダクタにより構成されるインダクタユニットであって、
前記巻線の軸方向が略平行である第１および第２のインダクタと、
前記巻線の軸方向が、第１および第２のインダクタの巻線の軸方向と略垂直である第３および第４のインダクタと、
を備え、
平面視において、
前記第１のインダクタの前記コアの中心と、前記第２のインダクタの前記コアの中心とを結んだ第１の線分が、前記第１のインダクタの前記巻線の軸方向と平行とも垂直ともならないように、前記第１および前記第２のインダクタが配置され、
前記第３のインダクタの前記コアの中心と、前記第４のインダクタの前記コアの中心とを結んだ第２の線分が、前記第３のインダクタの前記巻線の軸方向と平行とも垂直ともならないように、前記第３および前記第４のインダクタが配置された
インダクタユニット。
【請求項２】
前記第１のインダクタの前記コアの中心を通り、前記第１のインダクタの前記巻線の軸方向と垂直な直線である第１の中心線が、前記第３のインダクタの前記コアの中心を通り、前記第３のインダクタの前記巻線の軸方向と垂直な直線である第２の中心線、または、前記第４のインダクタの前記コアの中心を通り、前記第４のインダクタの前記巻線の軸方向と垂直な直線である、第３の中心線と、一致する
請求項１に記載のインダクタユニット。
【請求項３】
少なくとも、
前記第１のインダクタの前記コアの中心を通り、前記第１のインダクタの前記巻線の軸方向と平行な直線と、前記第１の線分とがなす角の角度が、５０度以上７０度以下である
または
前記第３のインダクタの前記コアの中心を通り、前記第３のインダクタの前記巻線の軸方向と平行な直線と、前記第２の線分とがなす角の角度が、５０度以上７０度以下である
請求項１または２に記載のインダクタユニット。
【請求項４】
前記第１のインダクタまたは前記第２のインダクタが備える前記コアの奥行きが、前記第３のインダクタまたは前記第４のインダクタの前記コアの奥行きと異なる
請求項１ないし３のいずれか一項に記載のインダクタユニット。
【請求項５】
前記第１のインダクタまたは前記第２のインダクタのサイズと、前記第３のインダクタまたは前記第４のインダクタのサイズとが異なる
請求項１ないし４のいずれか一項に記載のインダクタユニット。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか一項に記載のインダクタユニット
を備えた無線電力伝送装置。
【請求項７】
少なくとも、
前記第１のインダクタの前記巻線が発生させる磁界と、前記第２のインダクタの前記巻線が発生させる磁界とが逆相である、
または
前記第３のインダクタの前記巻線が発生させる磁界と、前記第４のインダクタの前記巻線が発生させる磁界とが逆相である、
請求項６に記載の無線電力伝送装置。
【請求項８】
少なくとも、
前記第１のインダクタの巻線と、前記第２のインダクタの巻線との巻き方向が同じであり、かつ、前記第１のインダクタを含む回路と、前記第２のインダクタを含む回路とが第１のインバータを介して接続されている、
または、
前記第３のインダクタの巻線と、前記第４のインダクタの巻線との巻き方向が同じであり、かつ、前記第３のインダクタを含む回路と、前記第４のインダクタを含む回路とが第１のインバータを介して接続されている、
請求項７に記載の無線電力伝送装置。
【請求項９】
前記第１のインダクタの前記巻線に流れる電流の基本波の周波数および前記第２のインダクタの前記巻線に流れる電流の基本波の周波数である第１の周波数と、前記第３のインダクタの前記巻線および前記第４のインダクタの前記巻線に流れる電流の基本波の周波数である第２の周波数とが異なる
請求項６ないし８のいずれか一項に記載の無線電力伝送装置。
【請求項１０】
前記第１の周波数と、前記第２の周波数とが２００Ｈｚ以上離れている
請求項９に記載の無線電力伝送装置。
【請求項１１】
前記第１の周波数と、前記第２の周波数とが９ｋＨｚよりも離れていない
請求項９に記載の無線電力伝送装置。
【請求項１２】
前記第１のインダクタまたは前記第２のインダクタの伝送電力と、前記第３のインダクタまたは前記第４のインダクタの伝送電力とが異なる
請求項６ないし１１のいずれか一項に記載の無線電力伝送装置。
【請求項１３】
電力伝送を行う際に、前記第１から第４のインダクタのうち、電力伝送の相手がいないインダクタの前記巻線に対し、電流を流す
請求項６ないし１２のいずれか一項に記載の無線電力伝送装置。
【請求項１４】
請求項６ないし請求項１３のいずれか一項に記載の無線電力伝送装置
を備える電動車両。
【請求項１５】
請求項６ないし請求項１３のいずれか一項に記載の無線電力伝送装置
を備える充電用施設。
【請求項１６】
前記第１ないし第４のインダクタが点対称に配置されている
請求項１５に記載の充電用施設。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、インダクタユニット、無線電力伝送装置、電動車両、および充電施設に関する。
【背景技術】
【０００２】
非接触にて電力伝送を行う無線電力伝送装置において、伝送可能な電力を増加させるために、複数のインダクタを備えるインダクタユニットが用いられている。近年、伝送効率の低下等の原因である、インダクタユニット内のインダクタ間に生じる干渉結合を抑えることができるインダクタユニットが登場し、無線電力伝送装置、電動車両などに用いられている。
【０００３】
インダクタユニットは主に、電力を無線伝送するインダクタを並列に並べ、逆相効果により放射エミッションを低下させている。しかし、このようにしても、無線伝送される電力を大きくすると、放射エミッションが許容値を超えてしまうという課題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開２０１５／１８９９７６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の一実施形態は、インダクタ間の干渉結合を小さくするインダクタユニットを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態に係るインダクタユニットは、コアと、コアに巻き付けられた巻線とを備え、巻線の軸方向が略平行である第１および第２のインダクタと、巻線の軸方向が、第１および第２のインダクタの巻線の軸方向と略垂直である第３および第４のインダクタとを備える。平面視において、第１のインダクタのコアの中心と、第２のインダクタのコアの中心とを結んだ第１の線分が、第１のインダクタの巻線の軸方向と平行とも垂直ともならないように、第１および第２のインダクタが配置され、第３のインダクタのコアの中心と、第４のインダクタのコアの中心とを結んだ第２の線分が、第３のインダクタの巻線の軸方向と平行とも垂直ともならないように、第３および第４のインダクタが配置される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態に係るインダクタユニットの概略構成の一例を示す図。
【図２】コアの一例を示す図。
【図３】巻線の一例を示す図。
【図４】第１の実施形態に係るインダクタユニットの概略構成の他の一例を示す図。
【図５】インダクタのサイズ比の一例を示す図。
【図６】インダクタのサイズ比の他の一例を示す図。
【図７】インダクタのペアが３つの場合の一例を示す図。
【図８】インダクタのペアが３つの場合の他の一例を示す図。
【図９】インダクタのペアが４つの場合の一例を示す図。
【図１０】第２の実施形態に係る無線電力伝送装置の概略構成の一例を示すブロック図。
【図１１】インダクタが点対称に配置されたインダクタユニットを用いた充電施設の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。
【０００９】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るインダクタユニットの概略構成の一例を示す図である。図１は、インダクタユニットの平面図である。本実施形態に係るインダクタユニット１００は、少なくとも４つのインダクタ１を備える。なお、４つ以上のインダクタ１を備えていてもよい。
【００１０】
本説明において、各インダクタ１は、符号のアルファベットで区別する。図１の例では、インダクタユニット１００は、インダクタ１ａと、インダクタ１ｂと、インダクタ１ｃと、インダクタ１ｄとを備える。また、以降の説明において、各インダクタ１に対して定められたものも、符号の添え字のアルファベットを用いて、いずれのインダクタ１に対して定められたものかを区別する。
【００１１】
インダクタユニット１００は、無線電力伝送装置の送電または受電のために、共振回路の一部の回路として用いられる。無線電力伝送は、インダクタユニット１００の少なくとも１つのインダクタ１を用いて行われる。具体的には、インダクタユニット１００のインダクタ１が、対向配置された電力伝送相手である他のインダクタと、電磁誘導または磁界共鳴（共振）により結合する。なお、他のインダクタは、インダクタユニット１００が備えるインダクタ１ではない。これにより、無線電力伝送が行われる。
【００１２】
なお、本説明において、電力伝送という用語には、送電および受電が含まれるものとする。
【００１３】
インダクタ１は、ソレノイド型のインダクタである。インダクタ１は、コア１１と、巻線１２と、筐体１３とを備える。図１では、コア１１が黒で、巻線１２が灰色で、筐体１３が白で示されている。
【００１４】
コア１１は、フェライトなどの磁性体により形成される。なお、インダクタ１が備える磁性体が複数の部材から構成されている場合、磁性体が矩形でない場合などでは、磁性体の外周が収まる仮想的な矩形をコア１１と定める。図２は、コアの一例を示す図である。図２の例では、インダクタ１は、２つの磁性体１４を備えている。図２のような場合は、破線で示すような、２つの磁性体１４の外周が収まる仮想的な矩形がコア１１になる。磁性体１４が矩形でない場合も同様である。
【００１５】
巻線１２は、コア１１の周囲に巻付けられた絶縁電線である。巻線１２は、例えば、銅線、アルミ線、またはリッツ線などでもよい。図３は、巻線の一例を示す図である。図３は、インダクタ１の中心を通り、巻線１２の軸方向と平行な断面のイメージ図である。図３では、コア１１と巻線１２の間に、誘電体のボビン１５が存在する。このように、巻線１２は、誘電体のボビン１５を介して、コア１１の周囲に巻付けられていてもよい。巻線１２に電流が流れることにより、コア１１に磁界が発生する。
【００１６】
筐体１３は、コア１１および巻線１２の全体を覆うように形成された誘電体である。図１では、便宜上、筐体１３は外形のみが示されており、コア１１および巻線１２が表面に露出しているが、実際には、筐体１３は、コア１１および巻線１２の全体を覆うように形成される。なお、各インダクタ１が筐体１３を備えていなくともよい。例えば、インダクタユニット１００が１つの筐体１３で覆われていてもよい。
【００１７】
なお、インダクタ１は、漏れインダクタンスを補償するためのキャパシタである補償用キャパシタと接続されていてもよい。インダクタ１の漏れインダクタンスが小さい場合は、インダクタ１は補償用キャパシタと接続されていなくともよい。インダクタ１と補償用キャパシタとの接続方式は、並列でも直列でもよい。なお、補償用キャパシタは、インダクタユニット１００とは別の回路に接続されていてもよい。
【００１８】
次に、インダクタ１の配置関係を説明する際の方向などについて説明する。なお、説明する配置は、図１に示した配置、つまり平面視における配置である。ゆえに、方向も平面視における方向である。
【００１９】
巻線１２に電流が流れることによりコア１１内で生じた磁界の方向を、磁束方向Ａと称する。磁束方向Ａは、巻線１２の軸方向と一致する。磁束方向Ａと垂直な方向は、巻線１２の径方向と一致する。
【００２０】
平面視におけるコア１１の中心を中心ＣＰと称する。中心ＣＰを通り、巻線１２の軸方向と平行な直線を第１中心線ＣＬ１と称する。図１の例の場合、インダクタ１ａの第１中心線ＣＬ１ａは、コア１１ａの上辺と下辺の両中点を通り、磁束方向Ａと平行になる。
【００２１】
中心ＣＰを通り、巻線１２の径方向と平行な直線を第２中心線ＣＬ２と称する。図１の例の場合、インダクタ１ａの第２中心線ＣＬ２ａは、コア１１ａの右辺と左辺の両中点を通り、磁束方向Ａと垂直になる。第１中心線ＣＬ１と第２中心線ＣＬ２の交点は、中心ＣＰとなる。
【００２２】
次に、インダクタ１ａとインダクタ１ｂとの配置関係について説明する。なお、各インダクタ１は、同一水平面上に存在することを想定するが、同一水平面上に存在していなくともよい。つまり、各インダクタ１の鉛直方向における位置は、同じでもよいし、異なっていてもよい。
【００２３】
インダクタ１ａとインダクタ１ｂとは、インダクタ１ａの第１中心線ＣＬ１ａと、インダクタ１ｂの第１中心線ＣＬ１ｂとが略平行になるように、配置される。つまり、インダクタ１ａの磁束方向Ａａと、インダクタ１ｂの磁束方向Ａｂとが略平行である。すなわち、インダクタ１ａおよびインダクタ１ｂの巻線１２の軸方向および径方向が略平行とも言える。
【００２４】
また、インダクタ１ａの中心ＣＰａとインダクタ１ｂの中心ＣＰｂとを結んだ線分が、インダクタ１ａおよびインダクタ１ｂの巻線１２と略平行でも略垂直でもならないように、インダクタ１ａおよびインダクタ１ｂが配置される。当該線分をＬＳ１と称する。言い換えると、線分ＬＳ１と、インダクタ１ａの第１中心線ＣＬ１ａとがなす角の角度を角度φ１と称した場合、インダクタ１ａとインダクタ１ｂは、角度φ１が０度より大きくかつ９０度より小さくなるように配置されるとも言える。なお、角度φ１は、線分ＬＳ１と第１中心線ＣＬ１ａとに挟まれる２つの角のうち、鋭角の方の角度である。
【００２５】
上記のようにインダクタ１ａとインダクタ１ｂを配置した場合、角度φ１を調整することにより、インダクタ１ａとインダクタ１ｂとの間における結合係数の絶対値を低下させることができることが、先行技術文献１により知られている。
【００２６】
特に、角度φ１が５０度以上７０度以下の範囲において、インダクタ１ａおよびインダクタ１ｂの結合係数が０となる角度が存在する。このため、インダクタ１ａおよびインダクタ１ｂは、角φ１が、５０度以上７０度以下となるように配置されるのが好ましい。このような配置により、より効果的に、インダクタ１ａとインダクタ１ｂとの結合係数の絶対値を低下させることができる。
【００２７】
次に、インダクタ１ｃとインダクタ１ｄとの配置関係について説明する。インダクタ１ｃとインダクタ１ｄとは、インダクタ１ｃの第１中心線ＣＬ１ｃと、インダクタ１ｄの第１中心線ＣＬ１ｄとが略平行になるように、配置される。つまり、インダクタ１ｃの磁束方向Ａｃと、インダクタ１ｄの磁束方向Ａｄとが略平行である。すなわち、インダクタ１ｃおよびインダクタ１ｄの巻線１２の軸方向および径方向が略平行とも言える。
【００２８】
また、インダクタ１ｃの中心ＣＰｃと、インダクタ１ｄの中心ＣＰｄとを結んだ線分が、インダクタ１ｃおよび１ｄの巻線１２と略平行でも略垂直でもならないように、インダクタ１ｃおよびインダクタ１ｄが配置される。当該線分をＬＳ２と称する。言い換えると、線分ＬＳ２と、インダクタ１ｃの第１中心線ＣＬ１ｃとがなす角の角度を角度φ２と称した場合、インダクタ１ｃとインダクタ１ｄは、角度φ２が０度より大きくかつ９０度より小さくなるように配置されるとも言える。なお、角度φ２は、線分ＬＳ２と第１中心線ＣＬ１ａとに挟まれる２つの角のうち、鋭角の方の角度である。
【００２９】
上記のようにインダクタ１ｃとインダクタ１ｄを配置した場合、角度φ２を調整することにより、インダクタ１ｃとインダクタ１ｄとの間における結合係数の絶対値を低下させることができる。
【００３０】
特に、角度φ２が５０度以上７０度以下の範囲において、インダクタ１ｃおよびインダクタ１ｄの結合係数が０となる角度が存在する。このため、インダクタ１ｃおよびインダクタ１ｄは、角φ２が、５０度以上７０度以下となるように配置されるのが好ましい。このような配置により、より効果的に、インダクタ１ｃとインダクタ１ｄとの結合係数の絶対値を低下させることができる。
【００３１】
このように、インダクタユニット１００の４つのインダクタ１は、巻線１２が略平行であるインダクタ１ａおよびインダクタ１ｂの組み合わせと、巻線１２が略平行であるインダクタ１ｃおよびインダクタ１ｄの組み合わせとの、２つの組み合わせを有する。そして、各ペアにおいて、一方のインダクタ１のコア１１の中心と、他方のインダクタ１のコア１１の中心とを結んだ線分が、一方のインダクタ１の巻線１２の軸方向と平行とも垂直ともならないように、各インダクタ１が配置される。
【００３２】
また、角度φ１および角度φ２が５０度以上７０度以下の範囲になるように、各インダクタ１を配置することにより、各ペアの結合係数の絶対値を低下させることができる。なお、５０度以上７０度以下の範囲にするのは、角度φ１および角度φ２のいずれか一方でも両方でもよい。
【００３３】
次に、インダクタ１ａおよびインダクタ１ｂの組み合わせと、インダクタ１ｃおよびインダクタ１ｄの組み合わせとの配置関係について説明する。インダクタ１ａおよびインダクタ１ｂの組み合わせを、ペア１と称する。インダクタ１ｃおよびインダクタ１ｄの組み合わせを、ペア２と称する。
【００３４】
ペア１とペア２は、ペア１内のインダクタ１の巻線１２の軸方向と、ペア２内のインダクタ１の巻線１２の軸方向とが略垂直になるように、配置される。つまり、インダクタ１ａの磁束方向Ａａは、インダクタ１ｃの磁束方向Ａｃおよびインダクタ１ｄの磁束方向Ａｄと略垂直である。同様に、インダクタ１ｂの磁束方向Ａｂは、インダクタ１ｃの磁束方向Ａｃおよびインダクタ１ｄの磁束方向Ａｄと略垂直である。
【００３５】
２つの磁束方向Ａが略垂直の場合、磁束を生成するインダクタ１同士の結合係数の絶対値は小さくなる。ゆえに、インダクタ１ａは、インダクタ１ｃおよびインダクタ１ｄと結合係数の絶対値が小さくなる。インダクタ１ｂは、インダクタ１ｃおよびインダクタ１ｄと結合係数の絶対値が小さくなる。また、前述の通り、インダクタ１ａとインダクタ１ｂは、結合係数の絶対値が小さくなるように配置されている。
【００３６】
したがって、上記の配置により、インダクタユニット１００のある１つのインダクタ１と、インダクタユニット１００のその他全てのインダクタ１との結合係数の絶対値を小さくすることができる。ゆえに、インダクタユニット１００を用いた無線電力伝送システムにおいて、それぞれの系統（インダクタ）の干渉を小さくすることができる。
【００３７】
さらに、巻線の軸方向が略垂直な２つのインダクタ１同士が、一方のインダクタ１の第１中心線ＣＬ１と、他方のインダクタ１の第２中心線ＣＬ２とが、一致するように配置された場合、当該２つのインダクタ１同士の結合係数の絶対値は、他の配置に比べて小さくなる。なお、この配置を同一中心線配置と記載する。
【００３８】
例えば、図１において、インダクタ１ａの第１中心線ＣＬ１ａと、インダクタ１ｄの第２中心線ＣＬ２ｄとは、一致する。つまり、インダクタ１ａとインダクタ１ｄとは、同一中心線配置の関係にある。したがってインダクタ１ａとインダクタ１ｄとの結合係数の絶対値は、インダクタ１ａとインダクタ１ｄとが同一中心線配置でない場合よりも小さくなる。
【００３９】
したがって、図１のように、インダクタユニット１００内の各インダクタ１の第１中心線ＣＬ１が、巻線の軸方向が略垂直な他のインダクタ１の第２中心線ＣＬ２と一致するように配置された場合は、他の配置よりも、それぞれの系統（インダクタ）の干渉がさらに小さくなる。
【００４０】
なお、図１の例では、４つのインダクタ１全てにおいて、第１中心線ＣＬ１が、巻線の軸方向が略垂直な他のインダクタ１の第２中心線ＣＬ２と一致しているが、インダクタユニット１００のインダクタ１全てが同一中心線配置である必要はない。インダクタユニット１００の少なくも１つのインダクタ１が同一中心線配置であれば、インダクタユニット１００の全てのインダクタ１が同一中心線配置でない場合よりも、干渉は小さくなる。
【００４１】
なお、ペア１とペア２の配置は、巻線１２の軸方向が垂直になるように配置されれば、図１の例に限られない。図４は、第１の実施形態に係るインダクタユニットの概略構成の他の一例を示す図である。
【００４２】
図１の例では、線分ＬＳ１と線分ＬＳ２とが交差している。図４の例では、線分ＬＳ１と線分ＬＳ２は交差していない。このように、あるペアにとって、他のペアの巻線１２の軸方向が垂直であれば、他のペアの位置関係は関係なく、任意に定めてよい。
【００４３】
次に、インダクタ１のサイズについて説明する。各インダクタ１のサイズは、全てが同じでもよいし、一部が同じでもよいし、それぞれ異なっていてもよい。
【００４４】
巻線１２の軸方向におけるコア１１の寸法（サイズ）をコア長（奥行き）Ｌ１１と称する。巻線１２の径方向におけるコア１１の寸法をコア幅Ｗ１１と称する。コア長Ｌ１１およびコア幅Ｗ１１の長さは、特に限られるものではなく、任意に定めてよい。
【００４５】
なお、仮想的な矩形形状をコア１１と定めた場合のコア長Ｌ１１は、磁性体１４の巻線１２の軸方向における最大寸法と一致する。また、当該場合のコア幅Ｗ１１は、磁性体１４の巻線１２の径方向における最大寸法と一致する。
【００４６】
また、巻線１２の軸方向における巻線１２の寸法を巻線長Ｌ１２と称する。巻線長Ｌ１２は、任意に定めてよい。
【００４７】
但し、インダクタ１のサイズは、インダクタ１が伝送可能な電力に影響する。ゆえに、電流等、伝送可能な電力に影響する他の要素が同じであれば、インダクタ１のサイズが大きい程、インダクタ１の伝送可能な電力が大きくなる。また、インダクタ１のサイズ比により結合係数も変化する。
【００４８】
図５は、インダクタ１のサイズ比の一例を示す図である。図５の例では、インダクタ１ａとインダクタ１ｂのサイズは、インダクタ１ｃとインダクタ１ｄのサイズよりも小さい。伝送可能な電力に影響する他の要素が同じであれば、図５の場合、インダクタ１ａとインダクタ１ｂの伝送可能な電力は、インダクタ１ｃとインダクタ１ｄの伝送可能な電力よりも小さくなる。このように、サイズが異なるインダクタ１があれば、全てのインダクタ１を用いずに電力伝送を行う場合、必要な電力に応じて伝送に用いるインダクタをユーザ等が選択することにより、不要な電力消費を押さえることができる。なお、結合係数が変化するが、ペア１またはペア２内のインダクタ１同士のサイズも異なっていてもよい。
【００４９】
図６は、インダクタのサイズ比の他の一例を示す図である。図６の例では、インダクタ１ａおよびインダクタ１ｂのアスペクト比（コア長Ｌ１１とコア幅Ｗ１１の比）が、インダクタ１ｃおよびインダクタ１ｄのアスペクト比と異なる。具体的には、インダクタ１ａおよびインダクタ１ｂが備えるコア１１のコア長Ｌ１１が、インダクタ１ｃおよびインダクタ１ｄが備えるコア１１のコア長Ｌ１１と比べて長くなっている。
【００５０】
電力伝送相手の位置は、平面視において同じ、つまり重なる場合に電力伝送効率がよい。重なりがずれる場合は、いずれの方向にずれているかにより、電力伝送の効率の減少度合いが異なる。
【００５１】
電力伝送相手の位置が、インダクタ１の巻線１２の軸方向（磁束方向Ａ）にずれている場合は、インダクタ１の巻線１２の径方向にずれている場合よりも、電力伝送の効率の減少度合いが高い。電力伝送相手の位置と、インダクタ１の位置との異なり具合を位置ずれと称すると、インダクタ１の巻線１２の軸方向は、位置ずれの許容範囲が小さく、インダクタ１の巻線１２の径方向は、位置ずれの許容範囲が大きいと言える。
【００５２】
しかし、インダクタ１の巻線１２の軸方向は位置ずれの許容範囲が小さいが、コア長Ｌ１１を長くすることにより、電力伝送の効率の減少度合いを小さくすることができる。ゆえに、図６の例では、インダクタ１ａが電力伝送相手の位置が、インダクタ１ａの巻線１２ａの軸方向にずれたとしても、図１の例に比べて、電力伝送の効率の減少度合いが小さい。
【００５３】
このように、ペア１のインダクタ１が備えるコア１１のコア長Ｌ１１が、ペア２のインダクタ１が備えるコア１１のコア長Ｌ１１と異なってもよい。例えば、図６のようなインダクタユニット１００を備えた無線電力伝送装置を、充電駐車場に用いた場合、電動車両の駐車位置の許容範囲を広げことができる。図６の場合では、巻線１２ａの軸方向にずれて電動車両が駐車しても、電力伝送の効率の減少度合いを抑えることができる。このように、電力伝送相手との位置ずれが大きくなる方向が予想できる場合は、当該方向と平行なコア長Ｌ１１を予め長くしておけばよい。なお、結合係数が変化するが、ペア１またはペア２内のインダクタ１同士のコア長Ｌ１１も異なっていてもよい。
【００５４】
次にインダクタの伝送電力について説明する。ペア１およびペア２のインダクタ１の伝送電力は、同じでもよいし、異なっていてもよい。伝送電力は、コア１１のサイズ、巻線１２に流す電流等により増減される。なお、結合係数が変化するが、ペア１またはペア２内のインダクタ１同士の伝送電力も異なっていてもよい。
【００５５】
また、各ペアにおいて、２つのインダクタ１は巻線１２の径方向が略平行であるため、２つのインダクタ１の巻線１２が発生させる磁界を逆相にすることができる。磁界を逆相にすることにより、各インダクタ１の放射エミッションが打ち消し合い、放射エミッションを低減させる効果（逆相効果）を得ることができる。なお、逆相にするのは、ペア１およびペア２のいずれか一方でも両方でもよい。
【００５６】
ペア内の２つのインダクタ１の巻線１２が発生させる磁界を逆相にするには、２つのインダクタ１の巻線１２の巻き方向が同じな場合は、２つのインダクタ１の巻線１２に流れる電流を逆向きにすればよい。２つのインダクタ１の巻線１２の巻き方向が異なる場合は、２つのインダクタ１の巻線１２に流れる電流を同じ向きにすればよい。
【００５７】
なお、逆相効果による放射エミッションの低減効果は有限であるため、送電電力を上げたい場合に、放射エミッションが基準値以下とならない場合がある。４つのインダクタ１を本実施形態のように配置し、２つずつ逆相で電力を伝送することで、放射エミッションが偏波的に分散され、放射エミッションを低減することができる。４つのインダクタ１を用いると干渉が問題となる。しかし、４つのインダクタ１を本実施形態のように配置することにより、干渉を抑えることができる。
【００５８】
また、逆相効果は、電流の基本波成分以外の高次高調波に対しても発生する。偶数、奇数または両方の高次高調波に対して打消し効果があるか否かは、基本波の電流成分を逆向きにする方法に基づく。電流を逆向きにする方法としては、コイルの端子を入れ替える方法、インバータを用いて出力波形のタイミングを１８０度ずらす方法などがある。
【００５９】
なお、各ペア内のインダクタ１同士は、同じインバータにより接続されてもよいし、異なるインバータにより接続されてもよい。インバータとの接続方式は直列でも並列でもよい。インダクタ１が補償用キャパシタと接続されている場合も、インダクタ１と補償用キャパシタとからなる回路同士が、同じインバータにより接続されてもよいし、別々のインバータにより接続されてもよい。また、インバータとの接続において、インバータとの間にフィルタが接続されていてもよい。低次のフィルタを接続すると、高次高調波に対しても放射エミッションの低減効果を得ることができ、放射エミッションを所定の許容値内に抑えることができる。
【００６０】
また、ペア１のインダクタ１に流れる高周波電流の周波数ｆ１と、ペア２のインダクタ１に流れる高周波電流の周波数ｆ２とが異なれば、それぞれの放射エミッションが足され合うことがなくなる。これにより、放射エミッションを下げることができる。なお、周波数ｆ１と周波数ｆ２が２００Ｈｚ以上離れている場合が、さらに好ましい。放射エミッションを測定する分解能が２００Ｈｚ間隔であるため、周波数分散効果により、放射エミッションを下げることができる。
【００６１】
但し、周波数ｆ１と周波数ｆ２とが離れすぎると問題が生じる恐れがある。例えば、インダクタユニット１００が８５ｋＨｚ帯を使用する電力伝送装置に用いられる場合は、周波数ｆ１およびｆ２は８１ｋＨｚから９０ｋＨｚでなければならいため、周波数ｆ１と周波数ｆ２とは９ｋＨｚよりも離れないように設定する。
【００６２】
また、本実施形態では、２つのペアがある場合を紹介したが、３つ以上のペアが存在していてもよい。ペア１でもペア２でもない他のペアのインダクタ１の配置も、ペア１およびペア２と同様である。
【００６３】
図７から図９に、３つ以上のペアが存在する場合の例を示す。図７は、インダクタ１のペアが３つの場合の一例を示す図である。図８は、インダクタのペアが３つの場合の他の一例を示す図である。図７および図８では、図１で示したインダクタ１００がさらに２つのインダクタ１（インダクタ１ｅとインダクタ１ｆ）を備えている。
【００６４】
図１の例では、ペア１はインダクタ１ａおよびインダクタ１ｂと、ペア２はインダクタ１ｃおよびインダクタ１ｄと想定した。図７および図８では、図１と同様に、インダクタ１ａおよびインダクタ１ｂから成るペア１と、インダクタ１ｃおよびインダクタ１ｄから成るペア２があると考えてもよい。または、図７および図８の点線の枠のｆ１、ｆ２、ｆ３が示すように、インダクタ１ａおよびインダクタ１ｅから成るペア１と、インダクタ１ｃおよびインダクタ１ｄから成るペア２と、インダクタ１ｂおよびインダクタ１ｆから成るペア３があると考えてもよい。３つのペアがあっても、各ペア内のインダクタ１の配置は、上述のように結合係数の絶対値が小さくなるように、配置されればよい。
【００６５】
また、図７および図８において、インダクタ１ｅおよびインダクタ１ｆは、第１中心線ＣＬ１が、巻線の軸方向が略垂直な他のインダクタ１の第２中心線ＣＬ２と一致するか、または、第２中心線ＣＬ２が、巻線の軸方向が略垂直な他のインダクタ１の第１中心線ＣＬ１と一致するように、配置されている。具体的には、インダクタ１ｅでは、第１中心線ＣＬ１ｅが、巻線の軸方向が略垂直なインダクタ１ｃの第２中心線ＣＬ２ｃと一致している。インダクタ１ｆでは、第２中心線ＣＬ２ｆが、巻線の軸方向が略垂直なインダクタ１ｃの第１中心線ＣＬ１ｃと一致している。追加されたインダクタ１も上記のように配置することにより、それぞれの系統（インダクタ）の干渉をさらに小さくすることができる。
【００６６】
図９は、インダクタのペアが４つの場合の一例を示す図である。図９は、図１で示したインダクタ１００がさらに４つのインダクタ１（インダクタ１ｅ、インダクタ１ｆ、インダクタ１ｇ、およびインダクタ１ｈ）を備えている。図９の構成は、図１で示したインダクタユニット１００が２つ配置されている場合と同じ構成である。
【００６７】
図９の例では、各インダクタ１において、第１中心線ＣＬ１が、巻線の軸方向が略垂直な他の２つのインダクタ１の第２中心線ＣＬ２と一致するか、または、第２中心線ＣＬ２が、巻線の軸方向が略垂直な他の２つのインダクタ１の第１中心線ＣＬ１と一致するように、配置されている。例えば、インダクタ１ａにおいては、第１中心線ＣＬ１ａが、巻線の軸方向が略垂直なインダクタ１ｄの第２中心線ＣＬ２ｄと、巻線の軸方向が略垂直なインダクタ１ｈの第２中心線ＣＬ２ｈと一致する。このように配置されることにより、干渉を抑えられる系統を増やすことができる。
【００６８】
以上のように、第１の実施形態によれば、インダクタユニット１００の４つのインダクタの各インダクタは、インダクタユニット１００のその他全てのインダクタとの結合係数の絶対値を小さくすることができる。ゆえに、インダクタユニット１００を用いた無線電力伝送システムにおいて、それぞれの系統（インダクタ）の干渉を小さくすることができる。
【００６９】
（第２の実施形態）
第２の実施形態として、第１の実施形態のインダクタユニット１００を備えた無線電力伝送装置を説明する。図１０は、第２の実施形態に係る無線電力伝送装置の概略構成の一例を示すブロック図である。送電用の無線電力伝送装置２００と、受電用の無線電力伝送装置３００とが示されている。
【００７０】
図１０の例では、送電用の無線電力伝送装置２００は、充電駐車場に設置されている。受電用の無線電力伝送装置３００は、電動車両４００に設置されている。充電駐車場は、無線電力伝送装置２００を用いて、電動車両４００を充電する充電施設である。なお、図１０は一例であり、無線電力伝送装置２００および無線電力伝送装置３００の設置場所は、充電駐車場と電動車両とに限られるものではない。また、図１０では、無線電力伝送装置２００は地面に、無線電力伝送装置３００は電動車両４００の底部に設置されているが、これらに限られるものではない。例えば、無線電力伝送装置２００はトンネル等の建物の天井に設置され、無線電力伝送装置３００は電動車両４００の上部に設置されてもよい。また、無線電力伝送装置２００を側部に備える充電スタンド等が、無線電力伝送装置３００を側部に備える電動車両４００を充電してもよい。
【００７１】
無線電力伝送装置２００は、高周波電源２０１と、フィルタ２０２と、インダクタユニット２０３とを備える。インダクタユニット２０３は、送電用として用いられる。
【００７２】
電動車両４００が備える無線電力伝送装置３００は、インダクタユニット３０１と、フィルタ３０２と、整流器３０３と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０４と、蓄電池３０５とを備える。インダクタユニット３０１は、受電用として用いられる。
【００７３】
インダクタユニット２０３およびインダクタユニット３０１は、第１の実施形態のインダクタユニット１００と同一である。但し、いずれか一方が第１の実施形態のインダクタユニット１００でなくともよい。また、インダクタユニット２０３およびインダクタユニット３０１が備えるインダクタ１の数は、同じでもよいし、異なっていてもよい。インダクタユニット２０３および３０１のインダクタ１同士が１つでも無線電力伝送を行うことができればよい。
【００７４】
なお、漏れインダクタンスの補償用キャパシタは、インダクタユニット２０３およびインダクタユニット３０１のいずれか一方または両方に含まれてもよい。また当該補償用キャパシタは、フィルタ２０２および３０２、整流器３０３など、インダクタユニット２０３およびインダクタユニット３０１とは別の回路に含まれてもよい。
【００７５】
また、インダクタユニット２０３およびインダクタユニット３０１のインダクタ１の数が異なっている場合に、無線電力伝送装置２００は、電力伝送を行う際に各系統の干渉を小さくするために、電力伝送相手がいないインダクタ１の巻線１２に対しても電流を流してよい。
【００７６】
充電駐車場が備える無線電力伝送装置２００の高周波電源２０１は、高周波電流（ＲＦ電流）を出力する。高周波電源２０１の構造は、特に限られるものではない。高周波電源２０１は、単相電源でも三相電源でもよい。高周波電源２０１は、ＤＣ−ＤＣコンバータと、ＲＦ電流を出力するインバータ等から構成される。また、高周波電源２０１にＲＦ電流を調整する調整器、例えば、整流器、力率改善回路が備え付けられていてもよい。
【００７７】
フィルタ２０２は、高周波電源２０１から発生する高調波を抑圧する。高調波成分が許容値よりも小さい場合は、フィルタ２０２はなくともよい。
【００７８】
インダクタユニット２０３は、入力されたＲＦ電流により、交流磁場を発生させる。当該交流磁場は、受電用の無線電力伝送装置３００が備えるインダクタユニット３０１と磁気結合する。これにより、電力が伝送される。
【００７９】
電動車両４００が備える無線電力伝送装置３００のインダクタユニット３０１は、伝送された電力を受取り、フィルタ３０２を介して、整流器３０３に送る。フィルタ３０２は、整流器３０３で高調波成分が発生しないようにするものであり、なくともよい。整流後の電力は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０４により、所望の電圧に降圧または昇圧される。なお、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０４はなくともよい。そして、降圧または昇圧された電力により、蓄電池３０５が充電される。
【００８０】
以上のようにして、充電駐車場が備える送電用の無線電力伝送装置２００から、電動車両４００が備える蓄電池３０５が充電される。
【００８１】
なお、インダクタユニット２０３の４つのインダクタ１は、点対称になるように、配置されてもよい。図１１は、インダクタが点対称に配置されたインダクタユニット２０３を用いた充電施設の一例を示す図である。図１１の点線は、電動車両４００が駐車される駐車範囲５０１および５０２を示す。駐車範囲５０１は、車体の長手方向を図５に示すＸ軸方向と平行にして駐車する場合の駐車範囲を示す。駐車範囲５０２は、車体の長手方向を図５に示すＹ軸方向と平行にして駐車する場合の駐車範囲を示す。
【００８２】
図１１に示すように、インダクタユニット２０３の各インダクタ１が、各インダクタ１の中心から等距離にある点を中心とした点対称に配置されている。図５の例に示すように、インダクタ１が点対称なるように配置されれば、電動車両４００は、駐車範囲５０１に駐車しても、駐車範囲５０２に駐車しても、充電を行うことができる。これにより、充電可能な駐車位置を増やすことができる。
【００８３】
以上のように、第２の実施形態によれば、第１の実施形態のインダクタユニット１００を用いた無線電力伝送装置を、電動車両４００および電動車両４００を充電する充電施設に用いることができる。また、インダクタユニット１００のインダクタ１が点対称に配置されている場合は、充電可能な駐車位置を増やすことができる。
【００８４】
上記に、本発明の一実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８５】
１００  インダクタユニット
１  インダクタ
１１  コア
１２  巻線
１３  筐体
１４  磁性体
１５  ボビン
２００  無線電力伝送装置（送電用）
２０１  高周波電源
２０２  フィルタ
２０３  インダクタユニット（送電用）
３００  無線電力伝送装置（受電用）
３０１  インダクタユニット（受電用）
３０２  フィルタ
３０３  整流器
３０４  ＤＣ／ＤＣコンバータ
３０５  蓄電池
４００  電動車両
５０１、５０２  車両が駐車される駐車範囲
Ａ  磁束方向
ＣＬ１  第１中心線
ＣＬ２  第２中心線
ＣＰ  コアの中心
Ｌ１１  コア長（奥行き）
Ｌ１２  巻線長
ＬＳ１、ＬＳ２  線分
Ｗ１１  コア幅
φ１、φ２  角度
【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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