(57)【要約】【課題】電力伝送効率の低下を抑制しつつ、コイルユニットから離れた場所に形成される不要な漏洩磁界を低減できるコイルユニットを提供すること。【解決手段】コイルユニット（受電コイルユニットＬｒｕ１）は、コイル（受電コイルＬｒ）の軸に沿って配置される非磁性の導体板Ｓａと、磁性体Ｆａと、を備え、磁性体Ｆａは、コイル（受電コイルＬｒ）の軸方向における導体板Ｓａの一方の外輪郭よりも外側に位置する第１の部分Ｆ１Ａと、コイルＬｒの軸方向における導体板Ｓａの他方の外輪郭よりも外側に位置する第２の部分Ｆ２Ａを有し、第１および第２の部分Ｆ１Ａ，Ｆ２Ａは、コイル（受電コイルＬｒ）の軸方向から見て、導体板Ｓａのコイル（受電コイルＬｒ）と対向する側とは反対側に位置している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送電側から受電側へのワイヤレス電力伝送用のコイルユニットであって、
巻線が螺旋状に巻回されたコイルと、
前記コイルの軸に沿って配置される非磁性の導体板と、
磁性体と、を備え、
前記磁性体は、前記コイルの軸方向における前記導体板の一方の外輪郭よりも外側に位置する第１の部分と、前記コイルの軸方向における前記導体板の他方の外輪郭よりも外側に位置する第２の部分を有し、
前記第１および第２の部分は、前記コイルの軸方向から見て、前記導体板の前記コイルと対向する側とは反対側に位置していることを特徴とするコイルユニット。
【請求項２】
前記磁性体は、前記第１の部分と前記第２の部分との間に位置する第３の部分をさらに備え、
前記第１および第２の部分の透磁率の虚数成分値は、前記第３の部分の透磁率の虚数成分値よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のコイルユニット。
【請求項３】
送電コイルと受電コイルユニットとが対向することによりワイヤレスにて電力が伝送されるワイヤレス電力伝送装置であって、
磁性コアに巻線が巻回された前記送電コイルと、
請求項１または２に記載のコイルユニットからなる前記受電コイルユニットと、を備え、
前記受電コイルユニットの前記導体板の外輪郭は、前記送電コイルと前記受電コイルユニットとの対向方向から見て、前記磁性コアの外輪郭よりも外側に位置していることを特徴とするワイヤレス電力伝送装置。
【請求項４】
第１および第２の送電コイルと受電コイルユニットとが対向することによりワイヤレスにて電力が伝送されるワイヤレス電力伝送装置であって、
電流が流れたときに発生する磁界の向きが互いに逆向きとなる、並置された前記第１および第２の送電コイルと、
前記第１および第２の送電コイルの並び方向に沿って配置される磁性コアと、
請求項１または２に記載のコイルユニットからなる前記受電コイルユニットと、を備え、
前記受電コイルユニットの前記導体板の外輪郭は、前記送電コイルと前記受電コイルユニットとの対向方向から見て、前記磁性コアの外輪郭よりも外側に位置していることを特徴とするワイヤレス電力伝送装置。
【請求項５】
送電コイルユニットと受電コイルとが対向することによりワイヤレスにて電力が伝送されるワイヤレス電力伝送装置であって、
請求項１または２に記載のコイルユニットからなる前記送電コイルユニットと、
前記受電コイルと、を備え、
前記送電コイルユニットの前記コイルは、磁性コアを有し、
前記送電コイルユニットの前記導体板の外輪郭は、前記送電コイルユニットと前記受電コイルとの対向方向から見て、前記磁性コアの外輪郭よりも外側に位置していることを特徴とするワイヤレス電力伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイルユニットおよびワイヤレス電力伝送装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ケーブル等の機械的接触なしで電力を送電するために、相対させた１次（送電）コイルと２次（受電）コイルの間の電磁誘導作用を利用したワイヤレス電力伝送技術が注目されており、電気自動車（ＥＶ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）やプラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ：Ｐｌｕｇ−ｉｎ  Ｈｙｂｒｉｄ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）に搭載された二次電池を充電するための給電装置としての利用の拡大が見込まれている。
【０００３】
ところで、ワイヤレス電力伝送技術を電気自動車等への電力の給電装置として適用した場合、地面等に設置された送電コイルと電気自動車等に搭載された受電コイルの位置関係は必ずしも一定とはならないことが想定される。このように、送電コイルと受電コイルの位置ずれが生じた場合には、コイル間の磁気的な結合が著しく低下し、その結果、電力伝送効率が低下してしまうことが問題であった。
【０００４】
これに対して、特許文献１では、平面上に間隔を空けて配置された複数個のコアを用いた非接触給電装置の技術が提案されている。特許文献１に記載された非接触給電装置では、複数個のコアが間隙を寸法に含めた、拡大された大きさのコアとして作用することから、位置ずれに対して強くなることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１７２０８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示された技術では、複数個のコアを平面上に間隔を空けて配置しており、複数個のコアに巻線が螺旋状に巻回されたコイルを用いることで、電力伝送効率を高くすることができる。しかしながら、コアに巻線が螺旋状に巻回されたコイルの場合、コイルから離れた場所に周回する磁束が発生し易くなることから、コイルから離れた場所に不要な漏洩磁界が形成され易くなることが問題であった。特に、ワイヤレス電力伝送技術を電気自動車等のパワーエレクトロニクス装置における充電装置へ適応した場合においては、大電力伝送が要求されるためにコイルに大電流を流す必要があることから、コイルから離れた場所に形成される漏洩磁界強度も高くなり、周囲の電子機器等に悪影響を及ぼす電磁波障害が生じる虞があった。
【０００７】
そこで、本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、電力伝送効率の低下を抑制しつつ、コイルユニットから離れた場所に形成される不要な漏洩磁界を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るコイルユニットは、送電側から受電側へのワイヤレス電力伝送用のコイルユニットであって、巻線が螺旋状に巻回されたコイルと、コイル軸に沿って配置される非磁性の導体板と、磁性体と、を備え、磁性体は、コイルの軸方向における導体板の一方の外輪郭よりも外側に位置する第１の部分と、コイルの軸方向における導体板の他方の外輪郭よりも外側に位置する第２の部分を有し、第１および第２の部分は、コイルの軸方向から見て、導体板のコイルと対向する側とは反対側に位置していることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、磁性体が、コイルの軸方向における導体板の一方の外輪郭よりも外側に位置する第１の部分と、コイルの軸方向における導体板の他方の外輪郭よりも外側に位置する第２の部分を有することによって、磁気抵抗が低い磁路が形成される。すなわち、コイルユニットから離れた場所にまで大きく周回する磁路の磁気抵抗に比べ、磁性体を通過する磁路の磁気抵抗が小さくなる。したがって、磁束は磁性体を通過する磁路を形成し易くなるとともに、磁束はコイルユニットから離れた場所にまで大きく周回する磁路を形成し難くなる。その結果、コイルユニットから離れた場所の磁束密度が低くなるので、コイルユニットから離れた場所に形成される不要な漏洩磁界強度が低下する。さらに、コイル軸に沿って配置される非磁性の導体板により、コイルと磁性体の磁気的な結合が高くなり過ぎることが抑制されるので、ワイヤレス電力伝送において送電側と受電側の顕著な磁気的結合の低下を防ぐことができ、その結果、電力伝送効率の低下が抑制される。
【００１０】
好ましくは、磁性体は第１の部分と第２の部分との間に位置する第３の部分をさらに備え、第１および第２の部分の透磁率の虚数成分値は、第３の部分の透磁率の虚数成分値よりも小さいとよい。すなわち、磁性体の第１および第２の部分は透磁率の虚数成分値が小さいので、第１および第２の部分の磁束密度が高くなった場合でも、第１および第２の部分における損失および発熱は小さい。したがって、コイルユニットが位置ずれして、導体板の外輪郭よりも外側に位置する第１または第２の部分の磁束密度が局所的に高くなっても、第１および第２の部分における損失および発熱を抑制できる。
【００１１】
本発明に係るワイヤレス電力伝送装置は、送電コイルと受電コイルユニットとが対向することによりワイヤレスにて電力が伝送されるワイヤレス電力伝送装置であって、磁性コアに巻線が巻回された送電コイルと、上記コイルユニットからなる受電コイルユニットと、を備え、受電コイルユニットの導体板の外輪郭は、送電コイルと受電コイルユニットとの対向方向から見て、送電コイルの磁性コアの外輪郭よりも外側に位置していることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、導体板によって、送電コイルと磁性体の磁気的な結合が高くなり過ぎることがより効果的に抑制され、送電コイルが発生する磁束のうち、受電コイルに鎖交しない磁束が、選択的に磁性体を通過する磁路を形成することとなる。その結果、電力伝送効率の低下を抑制しつつ、漏洩磁界を低減する効果がより一層高くなる。
【００１３】
本発明に係るワイヤレス電力伝送装置は、第１および第２の送電コイルと受電コイルユニットとが対向することによりワイヤレスにて電力が伝送されるワイヤレス電力伝送装置であって、電流が流れたときに発生する磁界の向きが互いに逆向きとなる、並置された第１および第２の送電コイルと、第１および第２の送電コイルの並び方向に沿って配置される磁性コアと、上記コイルユニットからなる受電コイルユニットと、を備え、受電コイルユニットの導体板の外輪郭は、第１および第２の送電コイルと受電コイルユニットとの対向方向から見て、第１および第２の送電コイルの磁性コアの外輪郭よりも外側に位置していることを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、導体板によって、第１および第２の送電コイルと磁性体の磁気的な結合が高くなり過ぎることがより効果的に抑制され、第１および第２の送電コイルが発生する磁束のうち、受電コイルに鎖交しない磁束が、選択的に磁性体を通過する磁路を形成することとなる。その結果、電力伝送効率の低下を抑制しつつ、漏洩磁界を低減する効果がより一層高くなる。
【００１５】
本発明に係るワイヤレス電力伝送装置は、送電コイルユニットと受電コイルとが対向することによりワイヤレスにて電力が伝送されるワイヤレス電力伝送装置であって、上記コイルユニットからなる送電コイルユニットと、受電コイルと、を備え、送電コイルユニットのコイルは、磁性コアを有し、送電コイルユニットの導体板の外輪郭は、送電コイルユニットと受電コイルとの対向方向から見て、磁性コアの外輪郭よりも外側に位置していることを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、導体板によって、送電コイルユニットが備えるコイルと磁性体の磁気的な結合が高くなり過ぎることがより効果的に抑制され、送電コイルユニットが備えるコイルが発生する磁束のうち、受電コイルに鎖交しない磁束が、選択的に磁性体を通過する磁路を形成することとなる。その結果、電力伝送効率の低下を抑制しつつ、漏洩磁界を低減する効果がより一層高くなる。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明によれば、電力伝送効率の低下を抑制しつつ、離れた場所に形成される不要な漏洩磁界を低減できるコイルユニットの提供が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置を負荷とともに示すシステム構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置における送電コイルと受電コイルユニットを示す模式断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る受電コイルユニットを第１および第２の送電コイルと第１および第２の送電コイルの磁性コアとともに示す断面図において、第１および第２の送電コイルが発生する磁束を模式的に示した図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る送電コイルユニットを受電コイルとともに示す断面図において、送電コイルが発生する磁束を模式的に示した図である。
【図５】本発明の第４実施形態に係る受電コイルユニットを送電コイルとともに示す断面図において、送電コイルが発生する磁束を模式的に示した図である。
【図６】図５において、受電コイルユニットと送電コイルに位置ずれが生じた場合に、送電コイルが発生する磁束を模式的に示した図である。
【図７】比較例の受電コイルと送電コイルの断面図である。
【図８】実施例１，２と比較例の漏洩磁界強度及び電力伝送効率の測定結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００２０】
（第１実施形態）
まず、図１および図２を参照して、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１の全体構成について説明する。なお、本実施形態では、本発明に係るコイルユニットをワイヤレス電力伝送装置における受電コイルユニットに適用した例について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置を負荷とともに示すシステム構成図である。図２は、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置における送電コイルと受電コイルユニットを示す模式断面図である。なお、図２中、送電コイルＬｔが発生する磁束を模式的に示しており、送電コイルＬｔおよび受電コイルＬｒの磁性コアＣｔ，Ｃｒと、磁性体Ｆａの中における磁束の図示は省略している。また、図２では、送電コイルＬｔが発生する磁束のうち、代表的なものとして、受電コイルＬｒに鎖交する磁束Ｂｔ１と、受電コイルユニットＬｒｕ１から離れた場所にまで大きく周回する磁束Ｂｎ１と、磁性体Ｆａを通過する磁束Ｂｆ１を示している。
【００２１】
ワイヤレス電力伝送装置Ｓ１は、図１に示されるように、ワイヤレス送電装置Ｕｔ１と、ワイヤレス受電装置Ｕｒ１と、を有する。
【００２２】
ワイヤレス送電装置Ｕｔ１は、電源ＰＷと、インバータＩＮＶと、送電コイルＬｔと、を有する。ワイヤレス受電装置Ｕｒ１は、受電コイルユニットＬｒｕ１と、整流回路ＤＢと、を有する。
【００２３】
まず、ワイヤレス送電装置Ｕｔ１の構成について説明する。電源ＰＷは、直流電力を後述するインバータＩＮＶに供給する。電源ＰＷとしては、直流電力を出力するものであれば特に制限されず、商用交流電源を整流・平滑した直流電源、二次電池、太陽光発電した直流電源、あるいはスイッチングコンバータ等のスイッチング電源装置などが挙げられる。
【００２４】
インバータＩＮＶは、電源ＰＷから供給される入力直流電力を交流電力に変換する機能を有している。本実施形態では、インバータＩＮＶは、電源ＰＷから供給される入力直流電力を交流電力に変換し、後述する送電コイルＬｔに供給する。インバータＩＮＶとしては、複数のスイッチング素子がブリッジ接続されたスイッチング回路から構成される。このスイッチング回路を構成するスイッチング素子としては、例えばＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ−Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＩＢＧＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの素子が挙げられる。
【００２５】
送電コイルＬｔは、図２に示されるように、磁性コアＣｔと巻線Ｗｔを備えている。送電コイルＬｔは、螺旋状に巻回されるソレノイドコイルであり、板状または棒状の磁性コアＣｔに銅やアルミニウム等のリッツ線から構成される巻線Ｗｔを巻回して形成されている。送電コイルＬｔの軸方向は、送電コイルＬｔと後述する受電コイルユニットＬｒｕ１との対向方向に対して直交している。送電コイルＬｔの巻数は、後述する受電コイルＬｒとの間の離間距離や所望の電力伝送効率などに基づいて適宜設定される。なお、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１を電気自動車などの車両への給電設備に適用した場合、送電コイルＬｔは、地中または地面近傍に配設されることとなる。
【００２６】
次に、ワイヤレス受電装置Ｕｒ１の構成について説明する。受電コイルユニットＬｒｕ１は、送電コイルＬｔから送電された交流電力を受電する機能を有する。なお、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１を電気自動車などの車両への給電設備に適用した場合、受電コイルユニットＬｒｕ１は、車両下部に搭載されることとなる。受電コイルユニットＬｒｕ１は、受電コイルＬｒと、導体板Ｓａと、磁性体Ｆａと、を備える。
【００２７】
受電コイルＬｒは、図２に示されるように、磁性コアＣｒと巻線Ｗｒを備えている。受電コイルＬｒは、螺旋状に巻回されるソレノイドコイルであり、板状または棒状の磁性コアＣｒに銅やアルミニウム等のリッツ線から構成される巻線Ｗｒを巻回して形成されている。受電コイルＬｒの軸方向は、送電コイルＬｔと受電コイルユニットＬｒｕ１との対向方向に対して直交している。受電コイルＬｒの巻数は、送電コイルＬｔとの間の離間距離や所望の電力伝送効率などに基づいて適宜設定される。
【００２８】
導体板Ｓａは、受電コイルＬｒの軸に沿って配置される。具体的に、導体板Ｓａは、受電コイルＬｒの送電コイルＬｔと対向する面とは反対側の面に沿って、受電コイルＬｒの軸と平行に配置されている。この導体板Ｓａは、送電コイルＬｔまたは受電コイルＬｒと後述する磁性体Ｆａの磁気的な結合が高くなり過ぎることを防ぐための電磁シールド材として機能する。具体的には、導体板Ｓａは、誘導電流、渦電流などにより磁界を打消して、磁束の通過を抑制するシールド材として機能する。したがって、導体版Ｓａとしては、表面が電磁シールド材として機能する非磁性の導体であれば特に制限されず、アルミニウムや銅、あるいは表面に亜鉛メッキを施した鋼板等が挙げられる。本実施形態においては、送電コイルＬｔと受電コイルユニットＬｔｕ１の対向方向から見て、送電コイルＬｔの中心点と受電コイルユニットＬｒｕ１の中心点が重なる場合に、受電コイルユニットＬｒｕ１の導体板Ｓａの外輪郭は、送電コイルＬｔの磁性コアＣｔの外輪郭よりも外側に位置している。そのため、導体板Ｓａによって、送電コイルＬｔと後述する磁性体Ｆａの磁気的な結合が高くなり過ぎることがより効果的に抑制され、送電コイルＬｔが発生する磁束のうち、受電コイルＬｒに鎖交しない磁束が、選択的に後述する磁性体Ｆａを通過する磁路を形成することとなる。その結果、電力伝送効率の低下を抑制しつつ、漏洩磁界を低減する効果がより一層高くなる。
【００２９】
磁性体Ｆａは、導体板Ｓａの受電コイルＬｒと対向する面とは反対面に沿って配置されている。また、磁性体Ｆａは、磁気抵抗の低い磁気回路を形成するために、比透磁率の高い材質で構成される。具体的には、磁性体Ｆａの比透磁率が１以上であれば、磁性体Ｆａの磁気抵抗率は周囲の空間に比べて低くなるので、磁性体Ｆａが磁気抵抗の低い磁気回路を形成して漏洩磁界を低減する効果が得られる。本実施形態においては、より効果的に漏洩磁界を低減するために、磁性体Ｆａは鉄やフェライト等の比較的比透磁率の高い材料を用いて構成されている。なお、本実施形態では、磁性体Ｆａは、１枚の板から構成されているが、これに限られることなく、例えば数枚の板を分割して配置してもよい。いずれの場合においても、磁性体Ｆａにより磁気抵抗の低い磁気回路を形成することができる。さらに、磁性体Ｆａは、磁性体で構成された車両下部付近に位置する車両構成部品で代用してもよい。
【００３０】
また、磁性体Ｆａは、受電コイルＬｒの軸方向における導体板Ｓａの一方の外輪郭よりも外側に位置し、受電コイルＬｒの軸方向から見て、導体板Ｓａの受電コイルＬｒと対向する側とは反対側に位置する第１の部分Ｆ１Ａを有する。すなわち、磁性体Ｆａは、受電コイルＬｒの軸方向における導体板Ｓａの一方の外輪郭（図示左端）よりも外側（図示左側）に突き出ている。
【００３１】
またさらには、磁性体Ｆａは、受電コイルＬｒの軸方向における導体板Ｓａの他方の外輪郭よりも外側に位置し、受電コイルＬｒの軸方向から見て、導体板Ｓａの受電コイルＬｒと対向する側とは反対側に位置する第２の部分Ｆ２Ａを有する。すなわち、磁性体Ｆａは、受電コイルＬｒの軸方向における導体板Ｓａの他方の外輪郭（図示右端）よりも外側（図示右側）に突き出ている。なお、受電コイルＬｒの軸方向と直交する方向においては、磁性体Ｆａは、導体板Ｓａの外輪郭よりも外側に突き出ていてもよく、突き出ていなくてもよい。本実施形態においては、受電コイルＬｒの軸方向と直交する方向において、導体板Ｓａの長さと磁性体Ｆａの長さは略等しくなっている。
【００３２】
整流回路ＤＢは、受電コイルＬｒが受電した交流電力を直流電力に整流する機能を有している。整流回路ＤＢとしては、ダイオードブリッジを用いた全波整流機能と、コンデンサ及び三端子レギュレータを用いた電力平滑化機能を備えた変換回路などが挙げられる。この整流回路ＤＢにより整流された直流電力は、負荷Ｒに出力される。ここで、負荷Ｒとしては、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１を電気自動車などの車両への給電設備に適用した場合、車両が有する二次電池が挙げられる。
【００３３】
次に、図２を参照して、本実施形態における送電コイルＬｔが発生する磁束と、不要な漏洩磁界の低減作用について詳細に説明する。
【００３４】
図２に示されるように、送電コイルＬｔは、受電コイルＬｒに鎖交する磁束Ｂｔ１を発生している。この磁束Ｂｔ１が受電コイルＬｒに鎖交することで、受電コイルＬｒの巻線Ｗｒに起電力が生じる。そして、受電コイルＬｒに生じた電力は、整流回路ＤＢによって整流され、負荷Ｒに出力される。ここで、導体板Ｓａが受電コイルＬｒの送電コイルＬｔと対向する面とは反対側の面に沿って設置されているため、磁束Ｂｔ１が磁性体Ｆａを通過する磁路を形成してしまうことによる受電コイルＬｒに鎖交する磁束が減少することが抑制される。すなわち、導体板Ｓａによって、送電コイルＬｔまたは受電コイルＬｒと磁性体Ｆａの磁気的な結合が高くなり過ぎることが抑制され、送電コイルＬｔと受電コイルＬｒの顕著な磁気的結合の低下を防ぐことができる。その結果、電力伝送効率の低下が抑制される。特に、本実施形態においては、送電コイルＬｔと受電コイルＬｒとの対向方向から見て、導体板Ｓａの外輪郭は送電コイルＬｔの磁性コアＣｔの外輪郭よりも外側に位置している。したがって、磁束Ｂｔ１が磁性体Ｆａを通過する磁路を形成してしまうことによる受電コイルＬｒに鎖交する磁束が減少することを効果的に抑制できる。すなわち、導体板Ｓａによって、送電コイルＬｔと磁性体Ｆａの磁気的な結合が高くなり過ぎることが効果的に抑制される。
【００３５】
一方、図２に示されるように、送電コイルＬｔは、受電コイルＬｒに鎖交せずに受電コイルユニットＬｒｕ１から離れた場所にまで大きく周回する磁束Ｂｎ１を発生している。
この受電コイルユニットＬｒｕ１から離れた場所にまで大きく周回する磁束Ｂｎ１は、受電コイルユニットＬｒｕ１から離れた場所に不要な漏洩磁界を形成する。また、送電コイルＬｔは、受電コイルＬｒに鎖交せずに磁性体Ｆａを通過する磁束Ｂｆ１を発生している。この磁性体Ｆａを通過する磁束Ｂｆ１は、受電コイルユニットＬｒｕ１の近傍を周回するので、受電コイルユニットＬｒｕ１から離れた場所にまで周回する磁路を形成しない。
【００３６】
ここで、磁性体Ｆａの磁気抵抗率は、周囲の空間の磁気抵抗率に比べて小さいので、磁性体Ｆａを通過する磁路の磁気抵抗は、受電コイルユニットＬｒｕ１から離れた場所にまで大きく周回する磁路の磁気抵抗に比べて小さくなる。したがって、磁性体Ｆａを通過する磁束Ｂｆ１は多くなり、受電コイルユニットＬｒｕ１から離れた場所にまで大きく周回する磁束Ｂｎ１は少なくなる。その結果、受電コイルユニットＬｒｕ１から離れた場所にまで大きく周回する磁束Ｂｎ１が少ないので、受電コイルユニットＬｒｕ１から離れた場所における磁束密度は低く、受電コイルユニットＬｒｕ１から離れた場所の磁束密度によって示される不要な漏洩磁界の強度も低くなる。
【００３７】
また、磁性体Ｆａの第１および第２の部分Ｆ１Ａ，Ｆ２Ａは、導体板Ｓａの受電コイルＬｒ軸方向における両端の外側に位置するように配置されているので、送電コイルＬｔが発生する磁束のうち、受電コイルＬｒに鎖交しない磁束は、より磁性体Ｆａを通過する磁路を形成し易くなる。すなわち、第１および第２の部分Ｆ１Ａ，Ｆ２Ａは、磁性体Ｆａによって形成される磁路の磁気抵抗がより小さくなるように配置されている。したがって、より効果的に不要な漏洩磁界を低減することができる。
【００３８】
さらに、本実施形態においては、送電コイルＬｔと受電コイルＬｒとの対向方向から見て、導体板Ｓａの外輪郭は、送電コイルＬｔの磁性コアＣｔの外輪郭よりも外側に位置している。したがって、受電コイルＬｒに鎖交する磁束Ｂｔ１が磁性体Ｆａを通過する磁路を形成することをより効果的に抑制できるとともに、受電コイルＬｒに鎖交しない磁束が、選択的に磁性体Ｆａを通過する磁路を形成することとなる。その結果、電力伝送効率の低下を抑制しつつ、漏洩磁界を低減する効果がより一層高くなる。
【００３９】
以上のように、本実施形態における受電コイルユニットＬｒｕ１では、磁性体Ｆａが、受電コイルＬｒの軸方向における導体板Ｓａの一方の外輪郭よりも外側に位置する第１の部分Ｆ１Ａと、受電コイルＬｒの軸方向における導体板Ｓａの他方の外輪郭よりも外側に位置する第２の部分Ｆ２Ａを有することによって、磁気抵抗が低い磁路が形成される。すなわち、受電コイルユニットＬｒｕ１から離れた場所にまで大きく周回する磁路の磁気抵抗に比べ、磁性体Ｆａを通過する磁路の磁気抵抗が小さくなることで、受電コイルユニットＬｒｕ１から離れた場所にまで大きく周回する磁束Ｂｎ１は少なくなり、その結果、受電コイルユニットＬｒｕ１から離れた場所に形成される不要な漏洩磁界強度が低下する。さらに、受電コイルＬｒの軸に沿って配置される非磁性の導体板Ｓａにより、送電コイルＬｔおよび受電コイルＬｒと磁性体Ｆａの磁気的な結合が高くなり過ぎることが抑制されるので、送電コイルＬｔと受電コイルＬｒの顕著な磁気的結合の低下を防ぐことができ、その結果、電力伝送効率の低下が抑制される。
【００４０】
また、本実施形態における受電コイルユニットＬｒｕ１においては、送電コイルＬｔと受電コイルＬｒとの対向方向から見て、導体板Ｓａの外輪郭は、送電コイルＬｔの磁性コアＣｔの外輪郭よりも外側に位置している。したがって、導体板Ｓａによって、送電コイルＬｔと磁性体Ｆａの磁気的な結合が高くなり過ぎることがより効果的に抑制され、送電コイルＬｔが発生する磁束のうち、受電コイルＬｒに鎖交しない磁束が、選択的に磁性体Ｆａを通過する磁路を形成することとなる。その結果、電力伝送効率の低下を抑制しつつ、漏洩磁界を低減する効果がより一層高くなる。
【００４１】
（第２実施形態）
次に、図３を参照して、本発明の第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１ｂについて説明する。図３は、本発明の第２実施形態に係る受電コイルユニットを第１および第２の送電コイルと第１および第２の送電コイルの磁性コアとともに示す断面図において、第１および第２の送電コイルが発生する磁束を模式的に示した図である。ただし、同図中、第１および第２の送電コイルＬｔａ，Ｌｔｂが発生する磁束を模式的に示しており、第１および第２の送電コイルＬｔａ，Ｌｔｂおよび受電コイルＬｒの磁性コアＣｔｂ，Ｃｒと、磁性体Ｆａの中における磁束の図示は省略している。また、図３では、第１および第２の送電コイルＬｔａ，Ｌｔｂが発生する磁束のうち、代表的なものとして、受電コイルＬｒに鎖交する磁束Ｂｔ１ｂと、受電コイルユニットＬｒｕ１から離れた場所にまで大きく周回する磁束Ｂｎ１ｂと、磁性体Ｆａを通過する磁束Ｂｆ１ｂを示している。
【００４２】
ワイヤレス電力伝送装置Ｓ１ｂは、ワイヤレス送電装置Ｕｔ１ｂと、ワイヤレス受電装置Ｕｒ１ｂと、を有する。さらに、ワイヤレス送電装置Ｕｔ１ｂは、電源ＰＷと、インバータＩＮＶと、第１および第２の送電コイルＬｔａ，Ｌｔｂと、磁性コアＣｔｂと、を有する。また、ワイヤレス受電装置Ｕｒ１ｂは、受電コイルユニットＬｒｕ１と、整流回路ＤＢと、を有する。
【００４３】
ここで、ワイヤレス電力伝送装置Ｓ１ｂの電源ＰＷと、インバータＩＮＶと、受電コイルユニットＬｒｕ１と、整流回路ＤＢの構成は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１と同様である。ワイヤレス電力伝送装置Ｓ１ｂでは、送電コイルＬｔに代えて第１および第２の送電コイルＬｔａ，Ｌｔｂと、磁性コアＣｔｂを備える点で、ワイヤレス電力伝送装置Ｓ１と異なる。以下、ワイヤレス電力伝送装置Ｓ１と異なる点を中心に説明する。
【００４４】
第１および第２の送電コイルＬｔａ，Ｌｔｂは同一平面上に並置されており、第１および第２の送電コイルＬｔａ，Ｌｔｂの軸はいずれも第１および第２の送電コイルＬｔａ，Ｌｔｂと受電コイルユニットＬｒｕ１との対向方向に平行となっている。第１および第２の送電コイルＬｔａ，Ｌｔｂは銅やアルミニウム等のリッツ線から構成される巻線を平面上に巻回して形成されている。第１および第２の送電コイルＬｔａ，Ｌｔｂの巻数は、受電コイルユニットＬｒｕ１との間の離間距離や所望の電力伝送効率などに基づいて適宜設定される。第１の送電コイルＬｔａと第２の送電コイルＬｔｂは電気的に直列に接続され、第１および第２の送電コイルＬｔａ，ＬｔｂはインバータＩＮＶに接続されている。第１および第２の送電コイルＬｔａ，Ｌｔｂと受電コイルユニットＬｒｕ１とが対向することによりワイヤレスにて電力が伝送される。
【００４５】
また、第１の送電コイルＬｔａと第２の送電コイルＬｔｂは、電流が流れたときに発生する磁界の向きが互いに逆向きとなる。すなわち、第１の送電コイルＬｔａと第２の送電コイルＬｔｂの巻回方向が同じ向きの場合は、第１の送電コイルＬｔａに流れる電流の方向と第２の送電コイルＬｔｂに流れる電流の方向が互いに逆向きとなるように接続すればよい。あるいは、第１の送電コイルＬｔａと第２の送電コイルＬｔｂの巻回方向が互いに逆向きの場合は、第１の送電コイルＬｔａに流れる電流の方向と第２の送電コイルＬｔｂに流れる電流の方向が互いに同じ向きとなるように接続すればよい。このようにして、発生する磁界の向きを互いに逆向きとすることで、互いが発生する磁界によって、双方の送電コイルＬｔａ，Ｌｔｂを鎖交する磁路が効率良く形成される。
【００４６】
磁性コアＣｔｂは、第１および第２の送電コイルＬｔａ，Ｌｔｂの受電コイルユニットＬｒｕ１と対向する側とは反対側に沿って配置されている。磁性コアＣｔｂは、フェライト等の比較的比透磁率が高い材料を用いて構成されている。磁性コアＣｔｂによって、第１および第２の送電コイルＬｔａ，Ｌｔｂのインダクタンスが高くなるとともに、第１の送電コイルＬｔａと第２の送電コイルＬｔｂの磁気的結合が高くなるので、効率良く磁束を発生させることができる。
【００４７】
磁性コアＣｔｂの外輪郭は、第１および第２の送電コイルＬｔａ，Ｌｔｂと受電コイルユニットＬｔｕ１の対向方向から見て、磁性コアＣｔｂの中心点と受電コイルユニットＬｒｕ１の中心点が重なる場合に、受電コイルユニットＬｒｕ１の導体板Ｓａの外輪郭よりも内側に位置している。すなわち、第１および第２の送電コイルＬｔａ，Ｌｔｂと受電コイルユニットＬｔｕ１の対向方向から見て、受電コイルユニットＬｒｕ１の導体板Ｓａの外輪郭は、磁性コアＣｔｂの外輪郭よりも外側に位置している。そのため、導体板Ｓａによって、第１および第２の送電コイルＬｔａ，Ｌｔｂと磁性体Ｆａの磁気的な結合が高くなり過ぎることがより効果的に抑制され、第１および第２の送電コイルＬｔａ，Ｌｔｂが発生する磁束のうち、受電コイルＬｒに鎖交しない磁束が、選択的に磁性体Ｆａを通過する磁路を形成することとなる。その結果、電力伝送効率の低下を抑制しつつ、漏洩磁界を低減する効果がより一層高くなる。
【００４８】
次に、図３を参照して、第１および第２の送電コイルＬｔａ，Ｌｔｂが発生する磁束と、不要な漏洩磁界の低減作用について詳細に説明する。
【００４９】
図３に示されるように、第１および第２の送電コイルＬｔａ，Ｌｔｂは、受電コイルＬｒに鎖交する磁束Ｂｔ１ｂを発生している。この磁束Ｂｔ１が受電コイルＬｒに鎖交することで、受電コイルＬｒに起電力が生じる。
【００５０】
一方、図３に示されるように、第１および第２の送電コイルＬｔａ，Ｌｔｂは、受電コイルＬｒに鎖交せずに受電コイルユニットＬｒｕ１から離れた場所にまで大きく周回する磁束Ｂｎ１ｂと、受電コイルＬｒに鎖交せずに磁性体Ｆａを通過する磁束Ｂｆ１ｂを発生している。ここで、周囲の空間に比べて透磁率の高い磁性体Ｆａによって、周囲の空間よりも磁気抵抗が低い磁路が形成されるので、受電コイルユニットＬｒｕ１から離れた場所にまで大きく周回する磁束Ｂｎ１ｂが減少し、受電コイルユニットＬｒｕ１から離れた場所に形成される不要な漏洩磁界を低減することができる。
【００５１】
ここで、受電コイルユニットＬｒｕ１において、導体板Ｓａが受電コイルＬｒの第１および第２の送電コイルＬｔａ，Ｌｔｂと対向する面とは反対側の面に沿って設置されているため、磁束Ｂｔ１ｂが磁性体Ｆａを通過する磁路を形成してしまうことによる受電コイルＬｒに鎖交する磁束が減少することが抑制される。すなわち、導体板Ｓａによって、第１および第２の送電コイルＬｔａ，Ｌｔｂまたは受電コイルＬｒと磁性体Ｆａの磁気的な結合が高くなり過ぎることが抑制され、第１および第２の送電コイルＬｔａ，Ｌｔｂと受電コイルＬｒの顕著な磁気的結合の低下を防ぐことができる。その結果、電力伝送効率の低下が抑制される。
【００５２】
特に、本実施形態においては、導体板Ｓａの外輪郭は、第１および第２の送電コイルＬｔａ，Ｌｔｂと受電コイルユニットＬｔｕ１との対向方向から見て、第１および第２の送電コイルＬｔａ，Ｌｔｂの磁性コアＣｔｂの外輪郭よりも外側に位置している。したがって、磁束Ｂｔ１ｂが磁性体Ｆａを通過する磁路を形成してしまうことによって、受電コイルＬｒに鎖交する磁束が減少することを効果的に抑制できる。すなわち、導体板Ｓａによって、第１および第２の送電コイルＬｔａ，Ｌｔｂと磁性体Ｆａの磁気的な結合が高くなり過ぎることが効果的に抑制される。
【００５３】
以上のように、本実施形態における受電コイルユニットＬｒｕ１においては、第１および第２の送電コイルＬｔａ，Ｌｔｂと受電コイルＬｒとの対向方向から見て、導体板Ｓａの外輪郭は、第１および第２の送電コイルＬｔａ，Ｌｔｂの磁性コアＣｔｂの外輪郭よりも外側に位置している。したがって、導体板Ｓａによって、第１および第２の送電コイルＬｔａ，Ｌｔｂと磁性体Ｆａの磁気的な結合が高くなり過ぎることがより効果的に抑制され、第１および第２の送電コイルＬｔａ，Ｌｔｂが発生する磁束のうち、受電コイルＬｒに鎖交しない磁束が、選択的に磁性体Ｆａを通過する磁路を形成することとなる。その結果、電力伝送効率の低下を抑制しつつ、漏洩磁界を低減する効果がより一層高くなる。
【００５４】
（第３実施形態）
次に、図４を参照して、本発明の第３実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ２について説明する。なお、本実施形態では、本発明に係るコイルユニットをワイヤレス電力伝送装置における送電コイルユニットに適用した例について説明する。図４は、本発明の第３実施形態に係る送電コイルユニットを受電コイルとともに示す断面図において、送電コイルが発生する磁束を模式的に示した図である。ただし、同図中、送電コイルＬｔおよび受電コイルＬｒのコアＣｔ，Ｃｒと、磁性体Ｆｂの中における磁束の図示は省略している。また、図４では、送電コイルＬｔが発生する磁束のうち、代表的なものとして、受電コイルＬｒに鎖交する磁束Ｂｔ２と、送電コイルユニットＬｔｕ１から離れた場所にまで大きく周回する磁束Ｂｎ２と、磁性体Ｆｂを通過する磁束Ｂｆ２を示している。
【００５５】
ワイヤレス電力伝送装置Ｓ２は、ワイヤレス送電装置Ｕｔ２と、ワイヤレス受電装置Ｕｒ２と、を有する。ワイヤレス送電装置Ｕｔ２は、電源ＰＷと、インバータＩＮＶと、送電コイルユニットＬｔｕ１と、を有し、ワイヤレス受電装置Ｕｒ２は、受電コイルＬｒと、整流回路ＤＢと、を有する。ここで、電源ＰＷとインバータＩＮＶと整流回路ＤＢの構成は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１と同様である。本発明の第３実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ２においては、送電コイルＬｔに代えて送電コイルユニットＬｔｕ１を備え、受電コイルユニットＬｒｕ１に代えて受電コイルＬｒを備える点で、第１実施形態と異なる。なお、本実施形態における受電コイルＬｒの構成は、第１実施形態に係る受電コイルユニットＬｒｕ１が備える受電コイルＬｒと同様である。すなわち、本実施形態における受電コイルＬｒは、第１実施形態における受電コイルユニットＬｒｕ１から導体板Ｓａと磁性体Ｆａを取り除いたものである。以下、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００５６】
まず、送電コイルユニットＬｔｕ１の構成について説明する。送電コイルユニットＬｔｕ１は、送電コイルＬｔと、導体板Ｓｂと、磁性体Ｆｂと、を備える。なお、送電コイルＬｔと導体板Ｓｂと磁性体Ｆｂのそれぞれの構成は、第１実施形態におけるワイヤレス電力伝送装置Ｓ１が備えるワイヤレス送電装置Ｕｔ２の送電コイルＬｔ、および、第１実施形態に係る受電コイルユニットＬｒｕ１が備える導体板Ｓａ、磁性体Ｆａと同様である。
【００５７】
導体板Ｓｂは、送電コイルＬｔの軸に沿って配置される。具体的に、導体板Ｓｂは、送電コイルＬｔの受電コイルＬｒと対向する面とは反対側の面に沿って配置されており、送電コイルユニットＬｔｕ１と受電コイルＬｒとの対向方向から見て、導体板Ｓｂの外輪郭は、送電コイルＬｔの磁性コアＣｔの外輪郭よりも外側に位置している。そのため、導体板Ｓｂによって、送電コイルＬｔと磁性体Ｆｂの磁気的な結合が高くなり過ぎることがより効果的に抑制され、送電コイルＬｔが発生する磁束のうち、受電コイルＬｒに鎖交しない磁束が、選択的に磁性体Ｆｂを通過する磁路を形成することとなる。その結果、電力伝送効率の低下を抑制しつつ、漏洩磁界を低減する効果がより一層高くなる。
【００５８】
磁性体Ｆｂは、導体板Ｓｂの送電コイルＬｔと対向する面とは反対面に沿って配置されている。受電コイルＬｒから送電コイルユニットＬｔｕ１を見たとき、磁性体Ｆｂは、送電コイルＬｔの軸方向における導体板Ｓｂの外輪郭よりも、両外側に突き出ている。また、磁性体Ｆｂは、磁気抵抗の低い磁気回路を形成するために、比較的非透磁率の高い鉄やフェライト等を用いて構成されている。なお、本実施形態では、磁性体Ｆｂは、１枚の板から構成されているが、これに限られることなく、例えば数枚の板を分割して配置してもよい。いずれの場合においても、磁性体Ｆｂにより磁気抵抗の低い磁気回路を形成することができる。
【００５９】
また、磁性体Ｆｂは、送電コイルＬｔの軸方向における導体板Ｓｂの一方の外輪郭よりも外側に位置し、送電コイルＬｔの軸方向から見て、導体板Ｓｂの送電コイルＬｔと対向する側とは反対側に位置する第１の部分Ｆ１Ｂを有する。すなわち、磁性体Ｆｂは、送電コイルＬｔの軸方向における導体板Ｓｂの一方の外輪郭（図示左端）よりも外側（図示左側）に突き出ている。
【００６０】
またさらには、磁性体Ｆｂは、送電コイルＬｔの軸方向における導体板Ｓｂの他方の外輪郭よりも外側に位置し、送電コイルＬｔの軸方向から見て、導体板Ｓｂの送電コイルＬｔと対向する側とは反対側に位置する第２の部分Ｆ２Ｂを有する。すなわち、磁性体Ｆｂは、送電コイルＬｔの軸方向における導体板Ｓｂの他方の外輪郭（図示右端）よりも外側（図示右側）に突き出ている。なお、送電コイルＬｔの軸方向と直交する方向においては、磁性体Ｆｂは、導体板Ｓｂの外輪郭よりも外側に突き出ていてもよく、突き出ていなくてもよい。本実施形態においては、送電コイルＬｔの軸方向と直交する方向において、導体板Ｓｂの長さと磁性体Ｆｂの長さは略等しくなっている。
【００６１】
次に、図４を参照して、本実施形態における送電コイルＬｔが発生する磁束と、不要な漏洩磁界の低減作用について詳細に説明する。
【００６２】
図４に示されるように、送電コイルＬｔは、受電コイルＬｒに鎖交する磁束Ｂｔ２を発生している。この磁束Ｂｔ２が受電コイルＬｒに鎖交することで、受電コイルＬｒの巻線Ｗｒに起電力が生じる。そして、受電コイルＬｒに生じた電力は、整流回路ＤＢによって整流され、負荷Ｒに出力される。ここで、導体板Ｓｂが送電コイルＬｔの受電コイルＬｒと対向する面とは反対側の面に沿って設置されているため、磁束Ｂｔ２が磁性体Ｆｂを通過する磁路を形成してしまうことによる受電コイルＬｒに鎖交する磁束が減少することが抑制される。すなわち、導体板Ｓｂによって、送電コイルＬｔと磁性体Ｆｂの磁気的な結合が高くなり過ぎることが抑制され、送電コイルＬｔと受電コイルＬｒの顕著な磁気的結合の低下を防ぐことができる。その結果、電力伝送効率の低下が抑制される。特に、本実施形態においては、送電コイルＬｔと受電コイルＬｒとの対向方向から見て、導体板Ｓｂの外輪郭は送電コイルＬｔの磁性コアＣｔの外輪郭よりも外側に位置している。したがって、磁束Ｂｔ２が磁性体Ｆｂを通過する磁路を形成してしまうことによる受電コイルＬｒに鎖交する磁束が減少することを効果的に抑制できる。すなわち、導体板Ｓｂによって、送電コイルＬｔと磁性体Ｆｂの磁気的な結合が高くなり過ぎることが効果的に抑制される。
【００６３】
一方、図４に示されるように、送電コイルＬｔは、受電コイルＬｒに鎖交せずに送電コイルユニットＬｔｕ１から離れた場所にまで大きく周回する磁束Ｂｎ２を発生している。この送電コイルユニットＬｔｕ１から離れた場所にまで大きく周回する磁束Ｂｎ２は、送電コイルユニットＬｔｕ１から離れた場所に不要な漏洩磁界を形成する。また、送電コイルＬｔは、受電コイルＬｒに鎖交せずに磁性体Ｆｂを通過する磁束Ｂｆ２を発生している。この磁性体Ｆｂを通過する磁束Ｂｆ２は、送電コイルユニットＬｔｕ１の近傍を周回するので、送電コイルユニットＬｔｕ１から離れた場所にまで周回する磁路を形成しない。
【００６４】
ここで、送電コイルユニットＬｔｕ１においては、周囲の空間に比べて透磁率の高い磁性体Ｆｂによって、周囲の空間よりも磁気抵抗が低い磁路が形成されるので、送電コイルユニットＬｔｕ１から離れた場所にまで大きく周回する磁束Ｂｎ２が減少し、送電コイルユニットＬｔｕ１から離れた場所に形成される不要な漏洩磁界を低減することができる。さらに、磁性体Ｆｂの第１および第２の部分Ｆ１Ｂ，Ｆ２Ｂは、導体板Ｓｂの送電コイルＬｔ軸方向における両端の外側に位置するように配置されているので、磁性体Ｆｂによって形成される磁路の磁気抵抗がより小さくなり、効果的に不要な漏洩磁界を低減することができる。
【００６５】
また、本実施形態においては、送電コイルＬｔと受電コイルＬｒの対向方向から、導体板Ｓｂと送電コイルＬｔとを見たとき、導体板Ｓｂの外輪郭は、送電コイルＬｔの磁性コアＣｔの外輪郭よりも外側に位置している。したがって、受電コイルＬｒに鎖交する磁束Ｂｔ２が磁性体Ｆｂを通過する磁路を形成することをより効果的に抑制できるとともに、受電コイルＬｒに鎖交しない磁束が、選択的に磁性体Ｆｂを通過する磁路を形成することとなる。その結果、電力伝送効率の低下を抑制しつつ、漏洩磁界を低減する効果がより一層高くなる。
【００６６】
以上のように、本実施形態における送電コイルユニットＬｔｕ１では、磁性体Ｆｂが、送電コイルＬｔの軸方向における導体板Ｓｂの一方の外輪郭よりも外側に位置する第１の部分Ｆ１Ｂと、送電コイルＬｔの軸方向における導体板Ｓｂの他方の外輪郭よりも外側に位置する第２の部分Ｆ２Ｂを有することによって、磁気抵抗が低い磁路が形成される。すなわち、送電コイルユニットＬｔｕ１から離れた場所にまで大きく周回する磁路の磁気抵抗に比べ、磁性体Ｆｂを通過する磁路の磁気抵抗が小さくなることで、送電コイルユニットＬｔｕ１から離れた場所にまで大きく周回する磁束Ｂｎ２が減少し、その結果、送電コイルユニットＬｔｕ１から離れた場所に形成される不要な漏洩磁界強度が低下する。さらに、送電コイルＬｔの軸に沿って配置される非磁性の導体板Ｓｂにより、送電コイルＬｔと磁性体Ｆｂの磁気的な結合が高くなり過ぎることが抑制されるので、送電コイルＬｔと受電コイルＬｒの顕著な磁気的結合の低下を防ぐことができ、その結果、電力伝送効率の低下が抑制される。
【００６７】
また、本実施形態における送電コイルユニットＬｔｕ１においては、送電コイルＬｔと受電コイルＬｒとの対向方向から見て、導体板Ｓｂの外輪郭は、送電コイルＬｔの磁性コアＣｔの外輪郭よりも外側に位置している。したがって、導体板Ｓｂによって、送電コイルＬｔと磁性体Ｆｂの磁気的な結合が高くなり過ぎることがより効果的に抑制され、送電コイルＬｔが発生する磁束のうち、後述する受電コイルＬｒに鎖交しない磁束が、選択的に磁性体Ｆｂを通過する磁路を形成することとなる。その結果、電力伝送効率の低下を抑制しつつ、漏洩磁界を低減する効果がより一層高くなる。
【００６８】
（第４実施形態）
次に、図５および図６を参照して、本発明の第４実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ３について説明する。なお、なお、本実施形態では本発明に係るコイルユニットをワイヤレス電力伝送装置における受電コイルユニットに適用した例について説明する。図５は、本発明の第４実施形態に係る受電コイルユニットを送電コイルとともに示す断面図において、送電コイルが発生する磁束を模式的に示した図である。図６は、図５において、受電コイルユニットと送電コイルに位置ずれが生じた場合に、送電コイルが発生する磁束を模式的に示した図である。なお、図５および図６中、送電コイルＬｔおよび受電コイルＬｒのコアＣｔ，Ｃｒと、磁性体Ｆｃの中における磁束の図示は省略している。また、図５では、送電コイルＬｔが発生する磁束のうち、代表的なものとして、受電コイルＬｒに鎖交する磁束Ｂｔ３と、受電コイルユニットＬｒｕ２から離れた場所にまで大きく周回する磁束Ｂｎ３と、磁性体Ｆｃを通過する磁束Ｂｆ３が示されている。
【００６９】
ワイヤレス電力伝送装置Ｓ３は、ワイヤレス送電装置Ｕｔ１と、ワイヤレス受電装置Ｕｒ３と、を有する。さらに、ワイヤレス受電装置Ｕｒ３は、受電コイルユニットＬｒｕ２と、整流回路ＤＢと、を有する。ここで、ワイヤレス送電装置Ｕｔ１と整流回路ＤＢの構成は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１と同様である。本発明の第４実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ３のワイヤレス送電装置Ｕｒ３においては、受電コイルユニットＬｒｕ１に代えて受電コイルユニットＬｒｕ２を備える点で、第１実施形態と異なる。以下、本発明の第４実施形態に係るコイルユニットについて、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００７０】
まず、図５を参照して、受電コイルユニットＬｒｕ２の構成について説明する。受電コイルユニットＬｒｕ２は、受電コイルＬｒと、導体板Ｓａと、磁性体Ｆｃと、を備える。ここで、受電コイルＬｒと導体板Ｓａの構成は、第１実施形態に係る受電コイルユニットＬｒｕ１が備える受電コイルＬｒ、導体板Ｓａと同様である。本実施形態に係る受電コイルユニットＬｒｕ２は、磁性体Ｆに代えて磁性体Ｆｃを備える点で、第１実施形態に係る受電コイルユニットＬｒｕ１と相違する。
【００７１】
磁性体Ｆｃは、第１の部分Ｆ１Ｃと、第２の部分Ｆ２Ｃと、第３の部分Ｆ３Ｃと、を有する。第１の部分Ｆ１Ｃは、受電コイルＬｒの軸方向から見て、導体板Ｓａの受電コイルＬｒと対向する面とは反対面側に位置するように配置される。また、第１の部分Ｆ１Ｃは、受電コイルＬｒの軸方向おける導体板Ｓａの一方の外輪郭よりも外側に位置するように配置される。第１の部分Ｆ１Ｃは、透磁率が高い磁性体の中でも、比較的透磁率の虚数成分値が低いフェライト等で構成されている。
【００７２】
第２の部分Ｆ２Ｃは、受電コイルＬｒの軸方向から見て、導体板Ｓａの受電コイルＬｒと対向する面とは反対面側に位置するように配置される。また、第２の部分Ｆ２Ｃは、受電コイルＬｒの軸方向おける導体板Ｓａの他方の外輪郭よりも外側に位置するように配置される。第２の部分Ｆ２Ｃは、透磁率が高い磁性体の中でも、比較的透磁率の虚数成分値が低いフェライト等で構成されている。
【００７３】
第３の部分Ｆ３Ｃは、導体板Ｓａの受電コイルＬｒと対向する面とは反対面に沿って配置される。また、本実施形態においては、受電コイルＬｒの軸方向における第３の部分Ｆ３Ｃの一方の端（図示左端）が第１の部分Ｆ１Ｃに連結され、第３の部分Ｆ３Ｃの他方の端（図示右端）が第２の部分Ｆ２Ｃに連結されている。すなわち、第１および第２の部分Ｆ１Ｃ，Ｆ２Ｃは、第３の部分Ｆ３Ｃを介して連結されている。この場合、磁性体Ｆｃを通過する磁束が形成する磁路の磁気抵抗がさらに低くなるので、漏洩磁界低減効果をより確実に高くすることができる。第３の部分Ｆ３Ｃは、比較的非透磁率の高い鉄等を用いた材料で構成されている。
【００７４】
ここで、第３の部分Ｆ３Ｃは、第１および第２の部分Ｆ１Ｃ，Ｆ２Ｃと同様に、比較的透磁率の虚数成分値が低いフェライトなどで構成されても漏洩磁界低減効果を得ることができる。しかし、図５に示されるように、第３の部分Ｆ３Ｃは、受電コイルＬｒよりも長く、ある程度薄い形状であるため、本実施形態における受電コイルユニットＬｒｕ２を車両下部などの移動体に搭載する場合、第３の部分Ｆ３Ｃをフェライトで構成すると、第３の部分Ｆ３Ｃの機械的強度は移動体の振動に耐えられない虞がある。したがって、第３の部分Ｆ３Ｃは、比較的機械的強度の高い磁性体で構成されていることが望ましい。
【００７５】
次に、図５を参照して、本実施形態における送電コイルＬｔが発生する磁束と、不要な漏洩磁界の低減作用について詳細に説明する。
【００７６】
図５に示されるように、送電コイルＬｔは、受電コイルＬｒに鎖交する磁束Ｂｔ３を発生している。この磁束Ｂｔ３が受電コイルＬｒに鎖交することで、受電コイルＬｒの巻線Ｗｒに起電力が生じる。ここで、導体板Ｓａが受電コイルＬｒの受電面とは反対側に沿って設置されているため、送電コイルＬｔまたは受電コイルＬｒと磁性体Ｆｃの磁気的な結合が高くなり過ぎることが抑制され、送電コイルＬｔと受電コイルＬｒの顕著な磁気的結合の低下を防ぐことができる。
【００７７】
一方、図５に示されるように、送電コイルＬｔは、受電コイルＬｒに鎖交せずに受電コイルユニットＬｒｕ２から離れた場所にまで大きく周回する磁束Ｂｎ３と、受電コイルＬｒに鎖交せずに磁性体Ｆｃを通過する磁束Ｂｆ３を発生している。ここで、周囲の空間に比べて透磁率の高い磁性体Ｆｃによって、周囲の空間よりも磁気抵抗が低い磁路が形成されるので、受電コイルユニットＬｒｕ２から離れた場所にまで大きく周回する磁束Ｂｎ３が減少し、受電コイルユニットＬｒｕ２から離れた場所に形成される不要な漏洩磁界を低減することができる。
【００７８】
次に、図６を参照して、送電コイルＬｔと受電コイルユニットＬｒｕ２に位置ずれが生じた場合について説明する。図６では、受電コイルユニットＬｒｕ２が送電コイルＬｔに対して位置ずれして、磁性体Ｆｃの第１の部分Ｆ１Ｃと送電コイルＬｔの端が接近した場合を示している。
【００７９】
図６に示されるように、磁性体Ｆｃの第１の部分Ｆ１Ｃと送電コイルＬｔの端が接近したとき、第１の部分Ｆ１Ｃを通過する磁束は顕著に増加している。すなわち、第１の部分Ｆ１Ｃでは、局所的に磁束密度が高くなる。このように、磁性体中の磁束密度が高くなると、損失および発熱が顕著に増加する虞があった。これに対して、本実施形態では、第１の部分Ｆ１Ｃを、比較的透磁率の虚数成分値が小さいフェライト等で構成することにより、第１の部分Ｆ１Ｃの磁束密度が高くなっても、顕著な損失および発熱を抑制することができる。また、受電コイルユニットＬｒｕ２が図６に示される場合とは逆向きに位置ずれして、磁性体Ｆｃの第２の部分Ｆ２Ｃと送電コイルＬｔの端が接近した場合においても、同様に、第２の部分Ｆ２Ｃは比較的透磁率の虚数成分値が小さいフェライト等で構成されているので、第２の部分Ｆ２Ｃの磁束密度が高くなっても、顕著な損失および発熱を抑制することができる。
【００８０】
以上のように、本実施形態における受電コイルユニットＬｒｕ２では、磁性体Ｆｃが、受電コイルＬｒの軸方向における導体板Ｓａの一方の外輪郭よりも外側に位置する第１の部分Ｆ１Ｃと、受電コイルＬｒの軸方向における導体板Ｓａの他方の外輪郭よりも外側に位置する第２の部分Ｆ２Ｃを有することによって、磁気抵抗が低い磁路が形成される。すなわち、受電コイルユニットＬｒｕ２から離れた場所にまで大きく周回する磁路の磁気抵抗に比べ、磁性体Ｆｃを通過する磁路の磁気抵抗が小さくなることで、受電コイルユニットＬｒｕ２から離れた場所にまで大きく周回する磁束Ｂｎ３が減少し、その結果、受電コイルユニットＬｔｕ２から離れた場所に形成される不要な漏洩磁界強度が低下する。さらに、受電コイルＬｒの軸に沿って配置される非磁性の導体板Ｓａにより、送電コイルＬｔおよび受電コイルＬｒと磁性体Ｆｃの磁気的な結合が高くなり過ぎることが抑制されるので、送電コイルＬｔと受電コイルＬｒの顕著な磁気的結合の低下を防ぐことができ、その結果、電力伝送効率の低下が抑制される。
【００８１】
さらに、本実施形態における受電コイルユニットＬｒｕ２では、磁性体Ｆｃの第１および第２の部分Ｆ１Ｃ，Ｆ２Ｃの透磁率の虚数成分値は、第３の部分Ｆ３Ｃの透磁率の虚数成分値よりも小さい。したがって、受電コイルユニットＬｒｕ２が位置ずれして、導体板Ｓａの外輪郭よりも外側に位置する第１または第２の部分Ｆ１Ｃ，Ｆ２Ｃと、受電コイルユニットＬｒｕ２と対向する送電コイルＬｔが接近したとき、第１または第２の部分Ｆ１Ｃ，Ｆ２Ｃの磁束密度が局所的に高くなっても、第１および第２の部分Ｆ１Ｃ，Ｆ２Ｃにおける損失および発熱を抑制できる。
【００８２】
以下、上述の実施形態による不要な漏洩磁界の低減と電力伝送効率低下の抑制について、実施例１，２と比較例とによって具体的に示す。
【００８３】
実施例１として、上述した第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１を用いた。実施例２として、上述した第４実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ３を用いた。また、比較例として、実施例１，２と特性を比較するために、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１において、導体板Ｓａと第１および第２の磁性体Ｆａを取り除いたワイヤレス電力伝送装置を用いた。
【００８４】
まず、図７を参照して、比較例のワイヤレス電力伝送装置における送電コイルＬｔ１０と受電コイルＬｒ１０の構成を説明する。図７は、比較例の受電コイルと送電コイルの断面図である。送電コイルＬｔ１０は磁性コアＣｔ１０に巻線Ｗｔ１０が螺旋状に巻回されるソレノイドコイルであり、受電コイルＬｒ１０は磁性コアＣｒ１０に巻線Ｗｒ１０が巻回されるソレノイドコイルである。すなわち、比較例のワイヤレス電力伝送装置は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１から導体板Ｓａと磁性体Ｆａを取り除いたものである。
【００８５】
ここで、実施例１，２および、比較例における、送電コイルＬｔ，Ｌｔ１０の巻線Ｗｔ，Ｗｔ１０、および、受電コイルＬｒ，Ｌｒ１０の巻線Ｗｒ，Ｗｒ１０には、ポリイミドで被覆した直径０．０５ｍｍの銅線を４０００本程度撚り合わせた直径約６ｍｍのリッツ線を用いた。また、送電コイルＬｔ，Ｌｔ１０の磁性コアＣｔ，Ｃｔ１０、および、受電コイルＬｒ，Ｌｒ１０の磁性コアＣｒ，Ｃｒ１０には、長さ３００ｍｍ、幅３００ｍｍ、厚さ３０ｍｍのフェライト（比透磁率３０００程度）を用いた。なお、送電コイルＬｔ，Ｌｔ１０、および、受電コイルＬｒ，Ｌｒ１０は、巻線Ｗｔ，Ｗｔ１０，Ｗｒ，Ｗｒ１０を螺旋状に３０ターン巻回して構成した。
【００８６】
また、実施例１，２の受電コイルユニットＬｒｕ１，Ｌｒｕ２においては、導体板Ｓａ，Ｓｂとして、長さ６００ｍｍ、幅５００ｍｍ、厚さ３ｍｍのアルミニウム板を用いた。さらに、実施例１の受電コイルユニットＬｒｕ１においては、磁性体Ｆａとして、長さ６００ｍｍ、幅５００ｍｍ、厚さ３ｍｍの磁性体粉を樹脂で固めた板を用いた。なお、磁性体Ｆは、導体板Ｓａの受電コイルＬｒ軸方向の両外側に５０ｍｍ突き出るように配置した。一方、実施例２の受電コイルユニットＬｒｕ２においては、磁性体Ｆｃの第１および第２の部分Ｆ１Ｃ、Ｆ２Ｃとして、透磁率の虚数成分値が比較的小さく、より損失の小さい、長さ５０ｍｍ、幅５０ｍｍ、厚さ４０ｍｍのフェライト（１００ｋＨｚ、２００ｍＴにおける損失３５０ｋＷ／ｍ３以下）を用い、第３の部分Ｆ３Ｃとして、長さ１００ｍｍ、幅５００ｍｍ、厚さ３ｍｍの鉄板を用いた。
【００８７】
続いて、実施例１，２、および、比較例において、電力伝送効率と不要な漏洩磁界を測定した。このとき、送電コイルＬｔ，Ｌｔ１０と受電コイルＬｒ，Ｌｒ１０は、送電コイルＬｔ，Ｌｔ１０と受電コイルＬｒ，Ｌｒ１０の距離を１００ｍｍとして、送電コイルＬｔ，Ｌｔ１０と受電コイルＬｒ，Ｌｒ１０との対向方向から見て、送電コイルＬｔ，Ｌｔ１０の中心と受電コイルＬｒ，Ｌｒ１０の中心が一致するように配置した。また、電気回路のインピーダンスを調整するために、送電コイルＬｔ，Ｌｔ１０および受電コイルＬｒ，Ｌｒ１０と直列に、送電コイルＬｔ，Ｌｔ１０または受電コイルＬｒ，Ｌｒ１０のインピーダンスに応じた容量のコンデンサを挿入して測定を行った。なお、電源ＰＷの供給電力は、負荷Ｒに供給される電力が１．５ｋＷとなるように調節した。
【００８８】
電力伝送効率は、事前に測定したインバータＩＮＶでの損失と、整流回路ＤＢでの損失を考慮しつつ、電源ＰＷが供給する電力と負荷Ｒに供給される電力の測定結果を基に、送電コイルユニットと受電コイルの間の効率を算出した。
【００８９】
不要な漏洩磁界は、受電コイルＬｒ，Ｌｒ１０の中心から１０ｍ離れた位置の磁界強度を指標とした。受電コイルＬｒ，Ｌｒ１０の中心から、受電コイルＬｒ，Ｌｒ１０の軸方向に１０ｍ離れた位置にループアンテナを設置して磁界強度を測定した。ここで、ループアンテナでは、直交する３方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ方向）の磁界強度を測定し、これらを合成することで漏洩磁界強度を算出した。なお、送電コイルＬｔ，Ｌｔ１０は床面から５００ｍｍの高さに、電力を伝送する面を上に向けて設置しており、受電コイルＬｒ，Ｌｒ１０は、送電コイルＬｔ，Ｌｔ１０の上に、１００ｍｍの間隔を空けて配置されるように設置した。また、ループアンテナは中心が電波暗室の床から１．５ｍの高さとなるように設置した。
【００９０】
実施例１，２と比較例の測定結果を図８に示す。図中、棒グラフが漏洩磁界強度を示しており、折れ線グラフが電力伝送効率を示している。
【００９１】
まず、実施例１，２の測定結果を比較すると、実施例１と実施例２は、電力伝送効率も漏洩磁界強度もほぼ同程度である。次に、実施例１，２の測定結果を比較例の測定結果と比較すると、実施例１，２の電力伝送効率は比較例の電力伝送効率とほぼ同程度であるのに対し、実施例１，２の漏洩磁界強度は比較例の漏洩磁界強度に比べて顕著に低い。すなわち、実施例１，２では、電力伝送効率を低下させずに、漏洩磁界強度が低減されたことがわかる。以上のように、実施例１，２の受電コイルユニットＬｔｕ１，Ｌｔｕ２は、電力伝送効率を低下させることなく、離れた場所に形成される不要な漏洩磁界を低減できることが確認された。
【００９２】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、いろいろな変形および変更が本発明の特許請求範囲内で可能なこと、またそうした変形例および変更も本発明の特許請求の範囲にあることは当業者に理解されるところである。従って、本明細書での記述および図面は限定的ではなく例証的に扱われるべきものである。
【符号の説明】
【００９３】
Ｓ１…ワイヤレス電力伝送装置、Ｕｔ１…ワイヤレス送電装置、ＰＷ…電源、ＩＮＶ…インバータ、Ｌｔｕ１…送電コイルユニット、Ｌｔ，Ｌｔ１０…送電コイル、Ｌｔａ…第１の送電コイル、Ｌｔｂ…第２の送電コイル、Ｃｔ，Ｃｔ１０…送電のコイルの磁性コア、Ｃｔｂ…第１および第２の送電コイルの磁性コア、Ｗｔ、Ｗｔ１０…送電コイルの巻線、Ｕｒ１…ワイヤレス受電装置、Ｌｒｕ１，Ｌｒｕ２…受電コイルユニット、Ｌｒ，Ｌｒ１０…受電コイル、Ｃｒ，Ｃｒ１０…受電のコイルの磁性コア、Ｗｒ、Ｗｒ１０…受電コイルの巻線、Ｓａ，Ｓｂ…導体板、Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｃ…磁性体、Ｆ１Ａ，Ｆ１Ｂ，Ｆ１Ｃ…磁性体の第１の部分、Ｆ２Ａ，Ｆ２Ｂ，Ｆ２Ｃ…磁性体の第２の部分、Ｆ３Ｃ…磁性体の第３の部分、ＤＢ…整流回路、Ｒ…負荷、Ｂｔ１〜Ｂｔ３…受電コイルに鎖交する磁束、Ｂｎ１〜Ｂｎ３…コイルユニットから離れた場所を周回する磁束、Ｂｆ１〜Ｂｆ３…第１および第２の磁性体を通過する磁束。
【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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