(57)【要約】【課題】非接触式の電力供給において、送電効率を可及的に高く維持するとともに、外部への磁界変化による影響を可及的に抑制する。【解決手段】電源から電力供給先へ非接触式にて電力の供給を行う非接触式電力供給ユニットであって、受電コイル又は送電コイルと、非接触式の電力供給におけるコイルの相手方のコイルとは反対側に配置されるハウジングであって、少なくとも該コイルが形成する電力供給面を覆う表面積を有し、且つ磁性材料で形成された第一ハウジングと、第一ハウジングを挟んで該コイルとは反対側に配置されたハウジングであって、該コイルの電力供給面に沿った方向において該第一ハウジングより大きい表面積を有し、且つ導電性材料で形成された第二ハウジングと、を備える。【選択図】図４
2011010435.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源から電力供給先へ非接触式にて電力の供給を行う非接触式電力供給ユニットであって、
前記非接触式の電力供給において前記電力供給先側で受電を行う受電コイル、又は該非接触式の電力供給において前記電源側で送電を行う送電コイルの何れかのコイルで形成される給電用コイルと、
前記非接触式の電力供給における前記給電用コイルの相手方のコイルとは反対側に配置されるハウジングであって、少なくとも該給電用コイルが形成する電力供給面を覆う表面積を有し、且つ磁性材料で形成された第一ハウジングと、
前記第一ハウジングを挟んで前記給電用コイルとは反対側に配置されたハウジングであって、前記給電用コイルの電力供給面に沿った方向において該第一ハウジングより大きい表面積を有し、且つ導電性材料で形成された第二ハウジングと、
を備える非接触式電力供給ユニット。
【請求項２】
前記第一ハウジングの外周端部は、その全周において前記給電用コイルの外周端部より外側に延出している、
請求項１に記載の非接触式電力供給ユニット。
【請求項３】
前記第二ハウジングの外周端部は、その全周において前記第一ハウジングの外周端部より外側に延出している、
請求項１又は請求項２に記載の非接触式電力供給ユニット。
【請求項４】
前記非接触式電力供給ユニットは、路面に設置された前記電源から前記電力供給先としての移動体のバッテリに対して電力を供給するユニットである、
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の非接触式電力供給ユニット。
【請求項５】
前記第二ハウジングは、前記路面に設置された部材であって且つ導電性材料で形成された導電性部材との共用状態で構成され、又は前記移動体の本体部材であって且つ導電性材料で形成された導電性部材との共用状態で構成される、
請求項４に記載の非接触式電力供給ユニット。
【請求項６】
前記第二ハウジングの外周端部と前記第一ハウジングの外周端部との間に存在する該第二ハウジングの延出部分の面積は、電力供給時において前記移動体の側方の所定位置で検出される磁界強度が所定基準強度以下となるように設計される、
請求項４又は請求項５に記載の非接触式電力供給ユニット。
【請求項７】
電源から電力供給先へ非接触式にて電力の供給を行う非接触式電力供給ユニットであって、
前記非接触式の電力供給において前記電力供給先側で受電を行う受電コイル、又は該非接触式の電力供給において前記電源側で送電を行う送電コイルの何れかのコイルで形成される給電用コイルと、
前記非接触式の電力供給における前記給電用コイルの相手方のコイルとは反対側に配置されるハウジングであって、磁性材料で形成される磁性部材層と導電性材料で形成される導電性部材層とが該給電用コイル側から順に、且つ前記給電用コイルが形成する電力供給面を覆う状態で配置されて形成される中央ハウジングと、
前記給電用コイルの電力供給面に沿った方向において前記中央ハウジングの側方に配置され、且つ導電性材料で形成された側方ハウジングと、
を備える非接触式電力供給ユニット。
【請求項８】
前記中央ハウジングの導電性部材層と前記側方ハウジングは、導電性材料による同一の導電性部材で形成されている、
請求項７に記載の非接触式電力供給ユニット。
【請求項９】
前記非接触式電力供給ユニットは、路面に設置された前記電源から前記電力供給先としての移動体のバッテリに対して電力を供給するユニットである、
請求項７又は請求項８に記載の非接触式電力供給ユニット。
【請求項１０】
請求項１から請求項９の何れか１項に記載の非接触式電力供給ユニットを少なくとも二つ含むことで構成される、電源から電力供給先へ非接触式にて電力の供給を行う非接触式電力供給装置であって、
前記少なくとも二つの非接触式電力供給ユニットのうち少なくとも一つの非接触式電力供給ユニットは、電力供給先側で受電を行う受電コイルとしての前記給電用コイルを備えるユニットであって、
前記少なくとも二つの非接触式電力供給ユニットのうち残りの非接触式電力供給ユニットは、電源側で送電を行う送電コイルとしての前記給電用コイルを備えるユニットである、
非接触式電力供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源から電力供給先に対して、非接触式で電力を供給可能な装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
陸上輸送の分野においては、大気汚染や化石燃料の枯渇に対する懸念から、電力を使って走行する自動車の研究開発が盛んに行われている。電力を使って走行する自動車としては、例えば、二次電池に蓄えた電力で走行するタイプのものがある。自動車に搭載されている二次電池を充電する技術として、走行路に設けられた給電部から非接触式で給電を受けて充電するもの（例えば、特許文献１を参照）がある。
【０００３】
また、非接触式にて電力を供給する技術として従来から電磁誘導を利用した技術があった。しかし、この電磁誘導方式では電源と電力供給先との間の距離が離れる程、電力の送電効率が著しく低下する。そこで、その代替技術として、磁界共鳴を利用して離間している電力供給先に高い送電効率で電力を送るものが挙げられる（例えば、特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１２０３５７号公報
【特許文献２】特開２００８−３０１９１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、電源から電力供給先に対して非接触式で電力を供給する技術として、コイル間の電磁誘導による無線電力伝送技術がある。但し、電磁誘導による送電方式では、送電側と受電側の接点を露出させる必要がないという利点があるものの、コイル間隔が長くなるに従って送電効率が極端に落ちてしまうため、実用においてはコイルを近接させた状態で用いられることが殆どであった。このような電磁誘導方式に加えて、従来、共振周波数を合わせたコイル間における磁界共鳴（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ。磁気共鳴、磁場共鳴、磁界共振とも言う。）を利用した無線電力伝送技術がある。磁界共鳴による送電方式では、電磁誘導方式に比べてコイル間隔をより長くすることができる。
【０００６】
これらの非接触式の電力供給技術においては、送電コイルによって生じる磁界の影響で、その周囲に存在する導電性の部材で渦電流が発生し電力をロスしてしまい、結果的に電力の送電効率が低下してしまう。また、これらの技術では電源側の送電コイルと電力供給先の受電コイルとの間に磁界を生じさせることになるため、その磁界強度が、電力供給が行われる空間の周囲に存在する機器や人体等に悪影響を及ぼす可能性もある。特に、送電する電力が大きくなるほど、この磁界の影響は顕著なものとなる。
【０００７】
本発明は、上記した問題に鑑み、非接触式で電力を供給する際に、送電効率を可及的に高く維持するとともに、外部への磁界変化による影響を可及的に抑制することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記した課題を解決すべく、非接触式の電力供給を行う送電コイル又は受電コイルのためのハウジングを、磁性材料による磁性部材と導電性部材による導電性部材とで形成し、両部材の配置を独創的に工夫した。この本発明の特有のハウジング構成を採用
することで、電力供給時の渦電流の発生を効果的に抑制するとともに、外部に漏出する磁界の影響も効果的に抑制することが可能となる。
【０００９】
詳細には、本発明は、電源から電力供給先へ非接触式にて電力の供給を行う非接触式電力供給ユニットであって、前記非接触式の電力供給において前記電力供給先側で受電を行う受電コイル、又は該非接触式の電力供給において前記電源側で送電を行う送電コイルの何れかのコイルで形成される給電用コイルと、前記非接触式の電力供給における前記給電用コイルの相手方のコイルとは反対側に配置されるハウジングであって、少なくとも該給電用コイルが形成する電力供給面を覆う表面積を有し、且つ磁性材料で形成された第一ハウジングと、前記第一ハウジングを挟んで前記給電用コイルとは反対側に配置されたハウジングであって、前記給電用コイルの電力供給面に沿った方向において該第一ハウジングより大きい表面積を有し、且つ導電性材料で形成された第二ハウジングと、を備える。
【００１０】
上記非接触式電力供給ユニットは、給電用コイルとして送電コイルもしくは受電コイルを含む構成であり、非接触式にて電源から電力供給先に電力を供給する際に形成される、送電側もしくは受電側のいずれかの電力供給ユニットに相当する。換言すると、送電側の非接触式電力供給ユニットから送電が行われ、その電力を受電側の非接触式電力供給ユニットが受電することで電源から電力供給先への電力供給が実現されることになる。なお、非接触式の電力供給方式としては、電磁誘導を利用する方式や磁界共鳴を利用する方式等が挙げられる。
【００１１】
そして、上記非接触式電力供給ユニットは、この給電用コイルに対するハウジングとして、少なくとも第一ハウジングおよび第二ハウジングを含んで構成される。そして、第一ハウジングは、少なくとも給電用コイルの電力供給面を覆う表面積を有する。この電力供給面は、送電コイルと受電コイルとの間で電力供給が行われる際に該電力供給に貢献する、コイルにより形成される面である。したがって、この磁性材料で形成される第一ハウジングは、電力供給時に磁束の多くが通る位置に配置されることになる。一方で、導電性材料で形成される第二ハウジングは、第一ハウジングの奥側（給電用コイルとは反対側）に配置され、更に第一ハウジングよりも大きい表面積を有する。すなわち、給電用コイルからこれらのハウジングを見た場合、奥側に配置される第二ハウジングが、手前側に配置される第一ハウジングよりもその外周端部の一部もしくは全部が外側（送電コイルから受電コイルに向かう電力供給方向に交差する方向）に延出している状態となる（以下、延出している状態となっている第二ハウジングの部分を、「第二ハウジングの延出部分」という）。
【００１２】
このようなハウジング構成を採用することにより、給電用コイルの電力供給面の近傍では磁性材料による第一ハウジングと導電性材料による第二ハウジングとが重なって配置（必ずしも両ハウジングは接触する必要はない）される。そして、第二ハウジングが第一ハウジングよりも奥側に存在することで、該第二ハウジングより奥側への磁束の漏出を効果的に抑制することができる。しかし、当該電力供給面の近傍は電力供給時に磁束密度が高くなる場所であり、第二ハウジングを通過する磁束による渦電流の発生が電力供給時の送電効率を低下させる要因であることから、第二ハウジングの手前側に第一ハウジングが配置される。このように磁性材料による第一ハウジングを存在させることで、第二ハウジングを通過する磁束量を抑制することができ、すなわち電力供給のための効率的な磁界形成がなされることになる。
【００１３】
さらに、上述した第一ハウジングと第二ハウジングの大きさの相違から、電力供給面から側方に外れた場所では第二ハウジングの延出部分が存在することになる。この第二ハウジングは導電性材料により形成されているため、給電用コイルの電力供給面に沿った方向（以下、「所定外部方向」という）での磁界漏出を効果的に抑制することになる。すなわ
ち、電力供給時に発生する磁束のうち所定外部方向へ向かう磁束がこの第二ハウジングの延出部分を通りそこで渦電流を発生させることで、結果的に外部に漏出する磁界の強さを弱めることが可能となる。
【００１４】
このように上記非接触式電力供給ユニットは、磁性材料による第一ハウジングと導電性材料による第二ハウジングの配置を工夫することにより、電力供給時の送電効率を可及的に高く維持するとともに、外部への磁界変化による影響を可及的に抑制することが可能となる。
【００１５】
上記非接触式電力供給ユニットにおいて、前記第一ハウジングの外周端部は、その全周において前記給電用コイルの外周端部より外側に延出していてもよい。この構成により、磁束密度が比較的高くなる場所において、可及的に多くの磁束が、磁性部材による第一ハウジングに導かれることになる。そのため、より効率的な電力供給のための磁界形成が可能となる。なお、第一ハウジングの寸法（大きさや厚さ等）は、想定される通過磁束の飽和が発生しないように選択されるのが好ましい。
【００１６】
また上述までの非接触式電力供給ユニットにおいて、前記第二ハウジングの外周端部は、その全周において前記第一ハウジングの外周端部より外側に延出してもよい。この構成により、上記第二ハウジングの延出部分を適切に確保でき、以て外部に漏出する磁界の強さをより効果的に弱めることが可能となる。
【００１７】
また上述までの非接触式電力供給ユニットの具体的な態様の一例として、当該ユニットは、路面に設置された前記電源から前記電力供給先としての移動体のバッテリに対して電力を供給するユニットであってもよい。移動体としては、自動車等の車両や歩行ロボット等が挙げられる。このような移動体の移動性、機動性を損なわないためにも、電力を非接触式で供給する方式は有用であり、そして本発明に係る非接触式電力供給ユニットを採用することで、効率的な電力供給と外部への磁界漏出の抑制を両立することが可能となる。
【００１８】
そして移動体への電力供給を担う上記非接触式電力供給ユニットにおいて、前記第二ハウジングは、前記路面に設置された部材であって且つ導電性材料で形成された導電性部材との共用状態で構成され、又は前記移動体の本体部材であって且つ導電性材料で形成された導電性部材との共用状態で構成されてもよい。すなわち、第二ハウジングを路面に設置された部材や移動体の本体部材と共用状態で構成することで、実用的な非接触式電力供給ユニットをよりコンパクトに形成することができる。
【００１９】
また、上述の非接触式電力供給ユニットにおいて、前記第二ハウジングの外周端部と前記第一ハウジングの外周端部との間に存在する該第二ハウジングの延出部分の面積は、電力供給時において前記移動体の側方の所定位置で検出される磁界強度が所定基準強度以下となるように設計されるのが好ましい。上記のように第二ハウジングの延出部分は、外部への磁界漏出を抑制する構成とも言えるものであるから、上記所定位置において外部への影響が許容し得る所定基準強度が達成されるように当該延出部分を設計すればよい。
【００２０】
また、本発明に係る非接触式電力供給ユニットを別の側面から捉えることも可能である。すなわち、本発明は、電源から電力供給先へ非接触式にて電力の供給を行う非接触式電力供給ユニットであって、前記非接触式の電力供給において前記電力供給先側で受電を行う受電コイル、又は該非接触式の電力供給において前記電源側で送電を行う送電コイルの何れかのコイルで形成される給電用コイルと、前記非接触式の電力供給における前記給電用コイルの相手方のコイルとは反対側に配置されるハウジングであって、磁性材料で形成される磁性部材層と導電性材料で形成される導電性部材層とが該給電用コイル側から順に、且つ前記給電用コイルが形成する電力供給面を覆う状態で配置されて形成される中央ハ
ウジングと、前記給電用コイルの電力供給面に沿った方向において前記中央ハウジングの側方に配置され、且つ導電性材料で形成された側方ハウジングと、を備える。
【００２１】
上記非接触式電力供給ユニットにおいても、既に述べたユニットと同様に、送電側の非接触式電力供給ユニットから送電が行われ、その電力を受電側の非接触式電力供給ユニットが受電することで電源から電力供給先への電力供給が実現されることになる。ここで給電用コイルの電力供給面に対向して配置される中央ハウジングについては、給電用コイルから近い順に、磁性部材層と導電性部材層から形成される。そのため、上述した非接触式電力供給ユニットと同様に、磁性部材層による効率的な磁界形成と導電性部材による磁界漏出の抑制を図ることが可能となる。また、この中央ハウジングの側方に導電性材料で形成された側方ハウジングが配置される。これにより、電力供給時に電力供給面で発生する磁束のうち所定外部方向へ向かう磁束がこの側方ハウジングを通りそこで渦電流を発生させることで、結果的に電力供給時に外部に漏出する磁界の強さを弱めることが可能となる。
【００２２】
このように新たな側面から捉えられた上記非接触式電力供給ユニットについても、磁性材料および／または導電性材料による中央ハウジングおよび側方ハウジングの配置を工夫することにより、電力供給時の送電効率を可及的に高く維持するとともに、外部への磁界変化による影響を可及的に抑制することが可能となる。なお、外部への磁界漏出を考慮すると、側方ハウジングを中央ハウジングに対して隙間なく配置するのが好ましいが、磁界漏出が許容される限りにおいて、両ハウジングの間に適宜隙間を設けても構わない。また、中央ハウジングと側方ハウジングのそれぞれの厚さ方向における相対位置も、側方ハウジングが中央ハウジングの側方に配置されて磁界漏出が許容される限りにおいて、適宜、調整可能である。
【００２３】
ここで、上記非接触式電力供給ユニットにおいて、前記中央ハウジングの導電性部材層と前記側方ハウジングは、導電性材料による同一の導電性部材で形成されてもよい。すなわち、中央ハウジングと側方ハウジングで共通している、導電性材料で形成される構成を、同一の導電性部材で形成することで、非接触式電力供給ユニットの構成を簡略化することができる。
【００２４】
また、中央ハウジングと側方ハウジングを備える非接触式電力供給ユニットにおいても、その具体的な態様の一例として、前記非接触式電力供給ユニットは、路面に設置された前記電源から前記電力供給先としての移動体のバッテリに対して電力を供給するユニットが挙げられる。
【００２５】
上述までの非接触式電力供給ユニットは、電力供給における送電側もしくは受電側の何れかを形成するが、本発明を送電側の非接触式電力供給ユニットと受電側の非接触式電力供給ユニットの両ユニットで構成される非接触式電力供給装置として捉えてもよい。すなわち、本発明は、上述までの非接触式電力供給ユニットを少なくとも二つ含むことで構成される、電源から電力供給先へ非接触式にて電力の供給を行う非接触式電力供給装置であって、前記少なくとも二つの非接触式電力供給ユニットのうち少なくとも一つの非接触式電力供給ユニットは、電力供給先側で受電を行う受電コイルとしての前記給電用コイルを備えるユニットであって、前記少なくとも二つの非接触式電力供給ユニットのうち残りの非接触式電力供給ユニットは、電源側で送電を行う送電コイルとしての前記給電用コイルを備えるユニットである。この非接触式電力供給装置により、電源と電力供給先との間で、非接触式の電力供給を実現できる。なお、ハウジングは板状等適切な形状に構成してもよく、また給電用コイルを収める筐体の一面に構成してもよい。
【発明の効果】
【００２６】
非接触式で電力を供給する際に、送電効率を可及的に高く維持するとともに、外部への磁界変化による影響を可及的に抑制する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る、非接触式にて電力供給を行う装置の、車両および路面への設置例を示す図である。
【図２】図１に示す電力供給装置の概略構成を示す図である。
【図３】図１に示す電力供給装置において用いられる送電コイルおよび受電コイルの構成を概略的に示す図である。
【図４】図１に示す電力供給装置を形成する、送電側もしくは受電側の電力供給ユニットの構成を示す断面図である。
【図５】図１に示す電力供給装置を形成する、送電側および受電側の電力供給ユニットの相関を示すである。
【図６Ａ】従来の非接触式電力供給装置を想定した場合の、送電コイルと受電コイル間に形成されるＸＺ平面上の磁界の様子を表す、第一の図である。
【図６Ｂ】従来の非接触式電力供給装置を想定した場合の、送電コイルと受電コイル間に形成されるＸＺ平面上の磁界の様子を表す、第二の図である。
【図７】図６Ａおよび図６Ｂに示す磁界の状況を、Ｘ軸における距離と磁界強度の観点から比較したグラフである。
【図８】本発明に係る非接触式電力供給装置において、送電コイルと受電コイル間に形成されるＸＺ平面上の磁界の様子を表す図である。
【図９】図６Ｂおよび図８に示す磁界の状況を、Ｘ軸における距離と磁界強度の観点から比較したグラフである。
【図１０】図８における線Ｌ１上での磁束密度の分布を示すグラフである。
【図１１】本発明に係る非接触式電力供給装置において、導体板状に生じる渦電流の電流密度を示すグラフである。
【図１２】本発明に係る電力供給装置において用いられる送電コイルおよび受電コイルのその他の構成を概略的に示す図である。
【図１３】本発明に係る非接触式電力供給装置の、その他の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明に係る非接触式の電力供給装置の実施の形態について、図面に基づいて説明する。なお、本実施形態に係る電力供給装置１は、路面側に設置された電源から、移動体としての車両に搭載されたバッテリに電力を供給する装置であり、図１に示すように送電ユニット１０と受電ユニット２０を有し、両ユニット間で非接触式による電力供給が行われる。送電ユニット１０は車両が停止する位置の路面側に設置され、受電ユニット２０は車両側に設けられる。但し、本発明に係る電力供給装置は車両用途に限定されず、家電、情報機器、玩具等、電力を用いる様々な機器に適用することが可能である。
【００２９】
＜電力供給装置１の構成＞
図１は、本実施形態に係る電力供給装置１の構成を示す図である。電力供給装置１は、上述の通り、大きく分けて送電ユニット１０および受電ユニット２０の、２つのユニットを備える。このうち、送電ユニット１０は、車両が停止する位置（例えば、駐車スペース）の路面側に設けられ、送電コントローラ１７、コンバータ１３、送電アンプ１４、送電コイル１５、共振制御ユニット１６、発振回路１８、方向性結合器１９、進行波電力計測器１９ａ、反射波電力計測器１９ｂ、負荷整合器１９ｃおよびデータ送受信ユニット１２を備える。ここで、送電コイル１５は、例えば、駐車スペースの車止めを基準とした所定位置等、車両が停止した場合の位置合わせが容易な位置に、車両底面に設けられた受電ユニット２０の受電コイル２５に対向するように設けられることが好ましい。
【００３０】
送電コントローラ１７は、記憶装置に接続され、そこで制御プログラムを実行することで、電力供給に必要な所定の機能が発揮される。たとえば、送電コントローラ１７は、予め設定された送電用の設定内容、データ送受信ユニット１２による受電ユニット２０とのデータ送受信結果、および送電アンプ１４から得られた送電電力モニタ結果に従って、発振回路１８、共振制御ユニット１６、コンバータ１３を制御する。データ送受信ユニット１２は、アンテナに接続された、無線通信のための通信インターフェースである。また、コンバータ１３は、電源から供給された交流または直流の電力を直流電流へ変換し、送電アンプ１４へ送る。なお、コンバータ１３による出力電圧は、送電コントローラ１７によって制御される。また、送電アンプ１４は、コンバータ１３から送られた電力を、発振回路１８から与えられた周波数で、送電コイル１５へ入力する。ここで、発振回路１８によって与えられる周波数は、送電コントローラ１７によって制御される。
【００３１】
共振制御ユニット１６は、送電コントローラ１７による指示に従って、送電コイル１５に設けられたコンデンサ（キャパシタ）の容量を制御する等の方法で、送電ユニット１０の共振周波数を、発振回路１８の発振周波数と一致するように制御する。また、発振回路１８は、送電コントローラ１７による指示に従って、送電コイル１５へ発振される周波数を、所定の値となるように制御する。
【００３２】
方向性結合器１９は、送電アンプ１４から送電コイル１５に入力される電力の進行波と反射波とを取り出す。進行波電力計測器１９ａおよび反射波電力計測器１９ｂは、方向性結合器１９によって取り出された進行波の電力と反射波の電力とを計測し、その計測結果を、送信電力モニタ値および反射電力モニタ値として送電コントローラ１７へ通知する。なお、負荷整合器１９ｃは、送電アンプ１４と負荷との整合を行う。
【００３３】
また、受電ユニット２０は、車両に設けられ、受電コントローラ２７、受電コイル２５、共振制御ユニット２６、整流回路２８、ＤＣ／ＤＣコンバータ２９、およびデータ送受信ユニット２２を備える。共振制御ユニット２６は、前記共振制御ユニット１６と同様に、受電コントローラ２７による指示に従って受電ユニット２０の共振周波数を発振回路１８の発振周波数と一致するように制御する。その結果、送電ユニット１０の共振周波数と受電ユニット２０の共振周波数とは一致するように制御され、磁界共鳴による無線電力伝送が可能となる。ここで、受電コイル２５は、車両底面の、地面に設置された送電ユニット１０と対向する位置に設けられることが好ましい。また、受電ユニット２０は、車載の充放電制御装置３１を介して、車載バッテリ３３と接続されている。なお、充放電制御装置３１は、アクセル操作に応じて車載バッテリ３３から車両駆動用の電力を放電させ、また、ブレーキが操作された場合には、モータ３２によって発電された電力が車載バッテリ３３に充電されるように制御される。
【００３４】
受電コントローラ２７は、記憶装置に接続され、そこで制御プログラムを実行することで、電力供給に必要な所定の機能が発揮される。たとえば、受電コントローラ２７は、予め設定された受電用の設定内容、データ送受信ユニット２２による送電ユニット１０とのデータ送受信結果、および整流回路２８から得られた受電電力モニタ結果に従って、共振制御ユニット２６、整流回路２８およびＤＣ／ＤＣコンバータ２９を制御する。データ送受信ユニット２２は、アンテナに接続された、無線通信のための通信インターフェースである。また、受電コイル２５には、送電コイル１５との間の磁界共鳴によって電流が流れる。ここで、受電コントローラ２７は、送電コイル１５との間で磁界共鳴を発生させるために、受電コイル２５の共振周波数が送電ユニット１０と一致するように共振制御ユニット２６を制御する。
【００３５】
整流回路２８（ＡＣ／ＤＣコンバータ）およびＤＣ／ＤＣコンバータ２９は、充放電制御側による取り出し電力を一定に保つことで、送電側の電圧変更による受電側の見かけの
負荷抵抗の制御を可能とする。
【００３６】
図３は、図２に示す電力供給装置１で使用される送電コイル１５と受電コイル２５の構成を示す図である。送電コイル１５は、第一送電コイル１５ａおよび第二送電コイル１５ｂを含み、受電コイル２５は第一受電コイル２５ａおよび第二受電コイル２５ｂを含むことで、各電力供給ユニットに２コイルずつ、電力供給装置１全体で４コイル構成を形成している。なお、本実施例においては、第一送電コイル１５ａは、直径φ１７０ｍｍ、２ターンのコイルであり、第二送電コイル１５ｂおよび第一受電コイル２５ａは、直径φ３００ｍｍ、１０ターンのコイルであり、第二受電コイル２５ｂは、直径φ１５７ｍｍ、１ターンのコイルである。
【００３７】
ここで、第一送電コイル１５ａは、送電アンプ１４から直接電力が与えられるコイルである。送電アンプ１４によって第一送電コイル１５ａに電流が流されると、第一送電コイル１５ａと第二送電コイル１５ｂとの間で電磁誘導が発生し、第二送電コイル１５ｂに電流が流れる。そして、第二送電コイル１５ｂに電流が流れると、共振周波数が合わせられた第二送電コイル１５ｂと第一受電コイル２５ａとの間で磁界共鳴が発生し、第一受電コイル２５ａに電流が流れる。更に、第一受電コイル２５ａに電流が流れると、第一受電コイル２５ａと第二受電コイル２５ｂとの間で電磁誘導が発生し、第二受電コイル２５ｂに電流が流れる。このように磁界共鳴の原理を利用することで、送電ユニット１０から受電ユニットへの電力供給が非接触式で行われる。なお、図３に示した例では、送電アンプ１４から電流が直接流されるコイルおよび受電側の負荷抵抗に直接接続されたコイル（ここでは、第一送電コイル１５ａおよび第二受電コイル２５ｂ）と、磁界共鳴による電力伝送に用いられるコイル（ここでは、第二送電コイル１５ｂおよび第一受電コイル２５ａ）と、を物理的に接続せず、電磁誘導によって接続することで、各ユニットの負荷抵抗等の構成が、磁界共鳴に用いるコイルの共振周波数等に与える影響を抑えることとしている。
【００３８】
このように送電ユニット１０における送電コイル１５と受電ユニット２０における受電コイル２５との間で行われる非接触式の電力供給は、送電コイル１５および受電コイル２５はそれぞれが形成する電力供給面を介して行われると言える。すなわち、当該電力供給面は非接触式の電力供給を可能とする各コイルが形成する面であり、本実施例においては送電コイル１５および受電コイル２５の直径φ３００ｍｍの面が電力供給面となる。
【００３９】
次に、送電ユニット１０および受電ユニット２０における送電コイル１５および受電コイル２５のハウジングの構成について、図４および図５に基づいて説明する。なお、両ユニットのハウジング構成については実質的には同一であるため、図４においては、両ユニットを代表して送電ユニット１０のハウジング構成を断面図で示すとともに、受電ユニットについては各構成の参照番号を括弧書きで表す。また、図５においては、送電ユニット１０から受電ユニット２０に対して上記磁界共鳴を利用した電力供給が行われるときの対向状態を表している。この対向状態において、両ユニットが備えるコイル間の距離（ピッチ）は１５０ｍｍを想定している。なお、各ユニットにおけるコイル数は図３に示すように２コイルであるが、図４および図５においては、その構成の記載は簡略化している。
【００４０】
送電ユニット１０においては、送電コイル１５を支持するように、その下方に、すなわち図５に示すように、対向する受電コイル２５とは反対側の位置に、且つ送電コイル１５と同心となるように、磁性材料（本実施例においてはフェライト材料を採用）による外径φ４００ｍｍの磁性体板１１ａが第一のハウジングとして設けられている。送電コイル１５の直径は上述の通りφ３００ｍｍであるから、磁性体板１１ａは送電コイル１５の電力供給面を覆い、且つ送電コイル１５の外周端部の全周において磁性体板１１ａが電力供給装置１の外側に向かう方向（図５における左右方向）に延出した状態となっている。さらに、この磁性体板１１ａの下方に、すなわち図５に示すように磁性体板１１ａを挟んで送
電コイル１５とは反対側の位置に、且つ送電コイル１５と同心となるように、導電性材料（本実施例においてはアルミニウムを採用。導電性材料としては、非磁性体、磁性体の何れでも構わない。）による直径φ１０００ｍｍの導体板１１ｂが第二のハウジングとして設けられている。磁性体板１１ａの直径は上述の通りφ４００ｍｍであるから、導体板１１ｂは磁性体板１１ａの表面を覆い、且つ磁性体板１１ａの外周端部の全周において導体板１１ｂが電力供給装置１の外側に向かう方向（図５における左右方向）に延出した状態となっている。
【００４１】
受電ユニット２０についても、送電ユニット１０と同様のハウジング構成が形成されている。なお、図５においては記載は省略されているが、送電コイル１５および受電コイル２５は、ポリプロピレンやＡＢＳ樹脂等によって形成される樹脂カバー１１ｃ、２１ｃによって覆われており、外部からの衝撃等から保護される構成となっている。
【００４２】
以上より、上述のハウジング構成を有する送電ユニット１０および受電ユニット２０においては、対向して配置される送受電コイルを起点として、磁性体板１１ａ（２１ａ）、導体板１１ｂ（２１ｂ）の順に配置され、且つ送受電コイル、磁性体板、導体板の順に、それぞれの外径は大きく形成されている。このように非接触式の電力供給において、磁性体板および導体板を適切に配置することで、送電効率を可及的に高く維持するとともに、電力供給時に装置外部への磁界変化による影響を可及的に抑制することが可能となることを本出願人は見出した。以下に、この本発明の顕著な効果について詳細に説明する。
【００４３】
先ず、従来のハウジング構成による非接触式の電力供給について図６Ａ、図６Ｂ、図７に基づいて説明する。図６Ａおよび図６Ｂは、送電コイルから受電コイルに対して磁界共鳴の原理を利用して送電を行った場合に形成されるコイル周囲での磁界分布を表す図である。なお、これらの図においては、送電コイルと受電コイルの各電力供給面がＺ軸方向で対向するように各コイルが配置され（Ｚ＝０が、送電コイルと受電コイルの中間に位置する。）、各図はＸＺ平面（Ｙ＝０）における磁界分布を表している。さらに、図６Ａは、図１に示すように受電コイルが車両の底部に配置された状態を想定し、受電コイルのＺ軸方向の奥側に鉄板を配置した状態での磁界分布を示した。また、図６Ｂは、図６Ａに示す磁界分布の比較対象として、鉄板を設けない状態での磁界分布を示した。なお、これらの図に示す磁界の強度はグレースケールの濃淡で表され、グレースケールが濃くなるほど磁界強度が強くなることを意味する。
【００４４】
図６Ａおよび図６Ｂを比較して明らかなように、車両の底部等に受電コイルが設置される場合、導電性部材の鉄板の存在によりＺ軸方向での磁界は大きく遮断される。一方で、導電性部材の鉄板においては、磁界との干渉により渦電流が発生するため電力の送電効率が大きく低下する。例えば、図６Ｂに示す磁界分布での送電効率は７４．６％であるが、一方で図６Ａに示す磁界分布での送電効率は１５．７％となるシミュレーション結果が出ている。
【００４５】
また、図７は図６Ａおよび図６Ｂに示す形態でのＸ軸方向（すなわち電力供給装置１の外部方向）における磁界強度の推移を示す。図７の横軸はＸ軸距離を表し、縦軸は磁界強度を表すとともに、図６Ａに示す態様に対応する磁界強度の推移は黒点（「コイル＋鉄板」との表記で表される点）で表され、図６Ｂに示す態様に対応する磁界強度は白点（「コイルのみ」との表記で表される点）で表される。図７からも明らかなように、従来のハウジング態様に従って受電コイルの車両の底部等への設置を行うと（すなわち、図６Ａに示す態様の場合）、単に送受電コイルを対向させるときよりもＸ軸方向へ形成される磁界強度が大きくなる。これは先に述べたように図６Ａに示す態様では送電効率が極めて低くなるため、所望の電力を供給するためには送電側の出力を上げる必要があり、以てＸ軸方向に漏出する磁界の強度が大きくなってしまうためである。この結果、Ｘ軸距離が６００ｍ
ｍとなっても、そこでの磁界強度は、安全基準として設定されている磁界強度（２Ａ／ｍ程度）を超えた状態となっている。
【００４６】
このように従来技術による送受電コイルのハウジングの態様においては、送電効率と外部への磁界漏出の観点から見直すべき点が多くあり、本発明に係るハウジング構成はこれらの課題を解決するものである。そこで、図４および図５に示すハウジング構成を有する送電ユニット１０および受電ユニット２０で形成される電力供給装置１において、電力供給時に両ユニット間に形成されるＸＺ平面での磁界分布を図８に示す。また、図９には、図８に示す形態でのＸ軸方向（すなわち電力供給装置１の外部方向）における磁界強度の推移を示す。図９の各軸の表示については図７と同様に、その横軸はＸ軸距離を表し、その縦軸は磁界強度を表す。また、図８に示す態様（すなわち、本発明に係る形態）に対応する磁界強度の推移は黒点（「コイル＋磁性体板＋導体板」との表記で表される点）で表され、その比較対象として図６Ｂに示す態様（すなわち、ハウジングがない態様）に対応する磁界強度が、白点（「コイルのみ」との表記で表される点）で表される。
【００４７】
図８から明らかなように、本発明に係るハウジング構成では、送電ユニット１０および受電ユニット２０を超えてＺ軸方向には比較的強い磁界分布は形成されていない。また、図９からも明らかなように、Ｘ軸方向における両ユニットのハウジング端部にあたる５００ｍｍの位置において、その磁界強度は０．３Ａ／ｍ程度であり、安全基準となる磁界強度（２Ａ／ｍ程度）を大きく下回っている。図７に示すように従来技術によるハウジング（図６Ａに示す態様）では、同じＸ軸位置での磁界強度は１０Ａ／ｍ強であるから、本発明に係るハウジング構成が発揮する効果は極めて特徴的であることが理解できる。
【００４８】
そこで、図１０および図１１に基づいて、本発明に係るハウジング構成について更に詳細に説明する。なお以下の説明については送電ユニット１０に基づいて説明を行うが、当該説明は受電ユニット２０に対しても同様に適用される。図１０は、図８に示す線Ｌ１上の磁束密度の推移を示すグラフであり、この線Ｌ１は、送電ユニット１０の磁性体板１１ａの表面上を通るＸ軸に平行な線である。また、図１１は、導体板１１ｂの表面に形成される渦電流の電流密度の推移を示すグラフである。図１０および図１１においては、比較のために磁性体板１１ａを配置しない状態での線Ｌ１上の磁束密度の推移および渦電流密度の推移が、「磁性体板なし」との表示とともに示されている。
【００４９】
本発明に係るハウジング構成では図４および図５に示すように導体板１１ｂに磁性体板１１ａが重ねて配置されるため、図１０に示すように、送電コイル１５の電力供給面に対応するＸ軸位置（−１５０ｍｍ〜１５０ｍｍ）の磁束密度を高めることができる。そして、磁性体板１１ａの外周端部に対応するＸ軸位置（Ｘ＝２００ｍｍ）から導体板１１ｂの外周端部に対応するＸ軸位置（Ｘ＝５００ｍｍ）近傍まで徐々に磁束密度は低下していく。ここで、図１１を見ると、磁性体板１１ａが存在している範囲のＸ軸位置においては、磁性体板１１ａが存在することにより、導体板１１ｂで発生する渦電流を効果的に抑制していることが分かる。このように、磁性体板１１ａと導体板１１ｂとを重ねることで、電力供給に貢献する磁束を、渦電流としてロスさせることなく効率的に利用することが可能となり、この結果、本発明に係るハウジング構成では、送電効率を７９．４％にまで高められるとのシミュレーション結果が出ている。
【００５０】
さらに、図１１に示すように磁性体板１１ａが存在せず、導体板１１ｂのみが延出している部分に対応するＸ軸位置（２００ｍｍ〜５００ｍｍ）では、本発明に係るハウジング構成では渦電流密度が比較的高くなっている。これは磁性体板１１ａが存在することでそれがコアとして機能し、その結果上記Ｘ軸位置（２００ｍｍ〜５００ｍｍ）での磁界強度が上昇してしまうためである。導体板１１ｂでの渦電流の発生は、送電コイル１５によって発生させられた磁界の一部が渦電流として消費されることを意味するが、この導体板１
１ｂのみが延出している部分に対応するＸ軸位置（２００ｍｍ〜５００ｍｍ）においては、その渦電流密度の上昇は、送電コイル１５の電力供給面を外れた位置であることから送電効率の低下には大きな影響は与えず、かえって電力供給装置１の外部に漏れる磁界の強度を弱めることに貢献する。その結果が、図９に示す結果に帰結すると考えられる。
【００５１】
このように本発明では、磁性体板１１ａ、２１ａと導体板１１ｂ、２１ｂとを組み合わせて送受電コイルのハウジングを形成することで、送電効率を可及的に高く維持するとともに、外部への磁界変化による影響を可及的に抑制することが可能となる。また、上述の実施例においては、導体板１１ｂのみが延出している部分に対応するＸ軸位置を２００ｍｍ〜５００ｍｍに設定したが、この幅は、外部への漏出が許容される磁界の強度に応じて適宜設定すればよい。さらに磁性体板１１ａ、２１ａや導体板１１ｂ、２１ｂの厚さは、ハウジングの強度等を考慮して適宜選択し得る。特に、磁性体板１１ａ、２１ａについては、電力供給時にそこを通る磁束が飽和しないように適切な厚さを有することが好ましい。
【００５２】
また、送電ユニット１０における導体板１１ｂおよび受電ユニット２０における導体板２１ｂは、それぞれ導電性材料で形成されることから、それぞれを路面に設置されている構造物や図１に示す移動体としての車両の構成であって導電性材料で形成される構成と共用状態で形成してもよい。すなわち、送電側ユニット１０においては、路面の導電材料による構造物を導体板１１ｂとみなして、その上に磁性体板１１ａ、樹脂カバー１１ｃ、送電コイル１５を配置し、受電側ユニット２０においては、車両の鋼板ボディを導体板２１ｂとみなして、その上に磁性体板２１ａ、樹脂カバー２１ｃ、受電コイル２５を配置してもよい。
【００５３】
なお、図３では、代表的な例として、送電側に２コイル、受電側に２コイルの４コイル構成を図示したが、本発明は、送電コイル１５と受電コイル２５との間での磁界共鳴による無線電力伝送を用いたシステムに適用可能なものであり、コイル数は上記４コイル構成に限定されない。例えば、送電側１コイル、受電側１コイルの２コイル構成が採用されてもよいし、送電側１コイル、受電側２コイルの３コイル構成が採用されてもよい。なお、３コイル構成における受電側の２コイルは、電磁誘導で接続される上記第一受電コイル２５ａおよび第二受電コイル２５ｂである。図１２は、本実施形態における３コイル構成の概要を示す図である。
【００５４】
＜その他の実施例＞
本発明に係るハウジング構成のその他の実施例について、図１３に基づいて説明する。図１３に示すハウジング構成では、送電ユニット１０においては、円形の中央ハウジング１１０が送電コイル１５に対して設置され、中央ハウジング１１０の全周を囲むようにその側方に、ドーナツ型の側方ハウジング１１１が配置される。中央ハウジング１１０は、その直径がφ４００ｍｍであり、磁性材料による磁性部材層１１０ａと導電性材料による導電性部材層１１０ｂが重ねられて形成され、磁性部材層１１０ａの方が送電コイル１５寄りに配置される。側方ハウジング１１１は、内径がφ４００ｍｍ且つ外径がφ１０００ｍｍであり、中央ハウジング１１０の導電性部材層と同じ導電性部材によって形成される。そして、実質的に同一のハウジング構成が受電ユニット２０においても実現されており、磁性部材層２１０ａ、導電性部材層２１０ｂを有する中央ハウジング２１０と、導電性材料による側方ハウジング２１１とが配置される。
【００５５】
図１３に示す中央ハウジングと側方ハウジングによって本発明に係るハウジング構成を形成することでも、上述の実施例と同様に、送電効率を可及的に高く維持するとともに、外部への磁界変化による影響を可及的に抑制することが可能となる。なお、外部への磁界漏出の観点から、中央ハウジングと側方ハウジングとの間に設けられる隙間は可及的に小
さいほうが好ましいが、磁界漏出が許容される限りにおいては、適宜その隙間の大きさは調整できる。また、側方ハウジングと中央ハウジングの導電性部材層は必ずしも同一の導電性材料である必要は無く、適切な導電性材料を選択すればよい。さらに、側方ハウジングと中央ハウジングの導電性部材層の厚さは同一である必要も無く、それぞれ適宜設計すればよい。
【符号の説明】
【００５６】
１  電力供給装置
１０  送電ユニット
１１ａ  磁性体板
１１ｂ  導体板
１５  送電コイル
１７  送電コントローラ
２０  受電ユニット
２１ａ  磁性体板
２１ｂ  導体板
２５  受電コイル
２７  受電コントローラ
１１０、２１０  中央ハウジング
１１１、２１１  側方ハウジング
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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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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