(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隔をあけて配置された第１自己共振コイルと電磁共鳴することで前記第１自己共振コイルとの間で電力の送電および受電の少なくとも一方を行う第２自己共振コイルを含むコイルユニットであって、
前記第２自己共振コイルは、
環状に形成された第１コイルと、
各々が環状に形成され、前記第１コイルの内周縁部に内接するように配置された複数の第２コイルとを含み、
前記第１コイルおよび前記第２コイルは、１つの導線から形成され、
前記第１コイルが形成する磁界の方向と、前記第２コイルが形成する磁界の方向とが同じ向きとされた、コイルユニット。
【請求項２】
前記第２コイルは、互い間隔をあけて配置された、請求項１に記載のコイルユニット。
【請求項３】
前記第１コイルおよび前記第２コイルは、１巻きのコイルとされた、請求項１または請求項２に記載のコイルユニット。
【請求項４】
前記第１コイルは、中心線を中心として環状に形成され、
前記第２自己共振コイルから、前記中心線が延びる方向に間隔をあけて配置された電磁誘導コイルをさらに備え、
前記第２自己共振コイルは、前記第１コイルと前記第２コイルとを接続する渡り線を含み、
前記渡り線は、前記電磁誘導コイル側に膨らむように湾曲して前記第２自己共振コイルの一部を跨ぐように形成され、
前記電磁誘導コイルは、前記第２自己共振コイルとの間の距離が一定となるように、前記渡り線に沿って湾曲する湾曲部を含む、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のコイルユニット。
【請求項５】
前記第１コイルは、中心線を中心として環状に形成され、
前記第２自己共振コイルから、前記中心線が延びる方向に間隔をあけて配置された電磁誘導コイルをさらに備え、
前記第２自己共振コイルは、前記第１コイルと前記第２コイルとを接続する渡り線を含み、
前記渡り線は、前記第２自己共振コイルに対して、前記電磁誘導コイルと反対側に向けて湾曲して前記第２自己共振コイルの一部を跨ぐように形成された、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のコイルユニット。
【請求項６】
前記第１コイルは、中心線を中心として環状に形成され、
前記第２自己共振コイルから、前記中心線が延びる方向に間隔をあけて配置された電磁誘導コイルをさらに備え、
前記中心線から上の位置から前記第２自己共振コイルと前記電磁誘導コイルとを見ると、前記電磁誘導コイルと前記第１コイルとが重なり合う、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のコイルユニット。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のコイルユニットを備えた、非接触電力送電装置。
【請求項８】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のコイルユニットと、
電力が蓄電される蓄電装置と、
を備えた車両。
【請求項９】
第１自己共振コイルを含む第１コイルユニットと、
前記第１自己共振コイルとの電磁共鳴によって電力の送電および受電の少なくとも一方を行う第２自己共振コイルを含む第２コイルユニットと、
を備えた非接触電力給電システムであって、
前記第１自己共振コイルは、
環状に形成された第１コイルと、
各々が環状に形成され、前記第１コイルの内周縁部に内接するように配置された複数の第２コイルとを含み、
前記第１コイルおよび前記第２コイルは１つの導線から形成され、
前記第２自己共振コイルは、
環状に形成された第３コイルと、
各々が環状に形成され、前記第３コイルの内周縁部に内接するように配置された複数の第４コイルとを含み、
前記第３コイルおよび前記第４コイルは１つの導線から形成され、
前記第１コイルと前記第２コイルとが形成する磁界の方向は同じ向きとされ、
前記第３コイルと前記第４コイルとが形成する磁界の方向は同じ向きとされた、非接触電力給電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイルユニット、非接触電力送電装置、車両および非接触電力給電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、コイルユニットは、特開２００３−７９５９７号公報や特開２００８−６７８０７号公報にも記載されているように磁気共鳴撮像装置に利用されている。近年、環境に対する関心の高まりから、電気自動車やハイブリッド車両が注目されており、車両に搭載されたバッテリを外部から非接触で充電する方法として、コイルユニットを用いた電磁誘導方式や共鳴方式の充電方法が着目されている。
【０００３】
そして、たとえば、特開平７−６７２７０号公報に記載の非接触給電装置は、地面に埋設した一次コイルと、車両に搭載された二次コイルとを備え、二次コイルに発生した誘導電流を利用して、車両に搭載されたバッテリを充電している。
【０００４】
特開２０１０−７３９７６号公報に記載ワイヤレス電力伝送装置は、電気自動車に搭載された受電装置と、給電装置とを備え、給電装置は、電力送電用の通信コイルを含み、受電装置は、電力受電用の通信コイルを含む。電力送電用の通信コイルは一次コイルと、共鳴コイルとを含み、電力受電用の通信コイルは、一次コイルと、共鳴コイルとを含む。電力受電用の通信コイルと電力送電用の通信コイルとは、共鳴型電力伝達方式で電力をワイヤレスで送電している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−７９５９７号公報
【特許文献２】特開２００８−６７８０７号公報
【特許文献３】特開平７−６７２７０号公報
【特許文献４】特開２０１０−７３９７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電磁誘導方式の非接触電力送電方法では、一次コイルと二次コイルとの間で電力の送電が可能な距離は短く、一次コイルと二次コイルとを近接させる必要がある。このため、ある程度の送電距離や受電距離を要する場合には不向きな送電方式である。その一方で、特開２０１０−７３９７６号公報に記載ワイヤレス電力伝送装置においては、共鳴型電力伝達方式が採用されており、電磁誘導方式よりも送電距離および受電距離を長くすることができる。
【０００７】
しかし、共鳴型電力伝達方式が採用された電力送電装置においても、電力送電用の共鳴コイルと、電力受電用の共鳴コイルとが位置ずれした場合には、送電効率および受電効率が著しく低下する。
【０００８】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、電磁共鳴を利用して電力の送電および受電の少なくとも一方が可能な共振コイルを備えたコイルユニットにおいて、相手側の共振コイルと位置ずれしたとしても、電力の送電効率または受電効率の低下の抑制が図られたコイルユニット、非接触電力送電装置、車両および非接触電
力給電システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るコイルユニットは、間隔をあけて配置された第１自己共振コイルと電磁共鳴することで第１自己共振コイルとの間で電力の送電および受電の少なくとも一方を行う第２自己共振コイルを含むコイルユニットである。上記第２自己共振コイルは、第１コイルと、第１コイルの内側に配置された複数の第２コイルとを含む。上記第１コイルが形成する磁界の方向と、第２コイルが形成する磁界の方向とが同じ向きとされる。好ましくは、上記第２コイルは、互い間隔をあけて配置される。好ましくは、上記第１コイルおよび第２コイルは、１巻きのコイルとされる。
【００１０】
好ましくは、上記第２コイルは、第１コイルの内周縁部に内接するように配置される。好ましくは、上記第２自己共振コイルは、１つの導線から形成される。
【００１１】
好ましくは、上記第２自己共振コイルは、中心線を中心として環状に形成される。上記第２自己共振コイルから、中心線が延びる方向に間隔をあけて配置された電磁誘導コイルをさらに備える。上記第２自己共振コイルは、第１コイルと第２コイルとを接続する渡り線を含む。上記渡り線は、電磁誘導コイル側に膨らむように湾曲して第２自己共振コイルの一部を跨ぐように形成される。上記電磁誘導コイルは、第２自己共振コイルとの間の距離が一定となるように、渡り線に沿って湾曲する湾曲部を含む。
【００１２】
好ましくは、上記第２自己共振コイルは、中心線を中心として環状に形成され、第２自己共振コイルから、中心線が延びる方向に間隔をあけて配置された電磁誘導コイルをさらに備える。上記第２自己共振コイルは、第１コイルと第２コイルとを接続する渡り線を含む。上記渡り線は、第２自己共振コイルに対して、電磁誘導コイルと反対側に向けて湾曲して第２自己共振コイルの一部を跨ぐように形成される。
【００１３】
好ましくは、上記第２自己共振コイルは、中心線を中心として環状に形成される。上記中心線から上の位置から第２自己共振コイルと電磁誘導コイルとを見ると、電磁誘導コイルと第１コイルとが重なり合う。本発明に係る非接触電力送電装置は、上記コイルユニットを備える。本発明に係る車両は、上記コイルユニットと、電力が蓄電される蓄電装置とを備える。
【００１４】
本発明に係る非接触電力給電装置は、第１自己共振コイルを含む第１コイルユニットと、第１自己共振コイルとの電磁共鳴によって電力の送電および受電の少なくとも一方を行う第２自己共振コイルを含む第２コイルユニットとを備える。
【００１５】
上記第１自己共振コイルは、第１コイルと、第１コイル内に設けられた複数の第２コイルとを含む。上記第２自己共振コイルは、第３コイルと、第３コイル内に設けられた複数の第４コイルとを含む。上記第１コイルと第２コイルとが形成する磁界の方向は同じ向きとされ、第３コイルと第４コイルとが形成する磁界の方向は同じ向きとされる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るコイルユニット、非接触電力送電装置、車両および非接触電力給電システムによれば、共振コイル同士が位置ずれしたとしても、電力の受電効率および送電効率を高く維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】基本的な非接触給電システムを示す全体構成図である。
【図２】共鳴法による送電の原理を説明するための図である。
【図３】電流源（磁流源）からの距離と電磁界の強度との関係を示した図である。
【図４】車両に搭載されたコイルユニット１０１を模式的に示す斜視図である。
【図５】図４に示すＶ方向から二次共振コイル１１０および二次電磁誘導コイル１２０を見た平面図である。
【図６】二次共振コイル１１０を詳細に説明するための分解図であり、二次共振コイル１１０を構成する構成要素ごとに二次共振コイル１１０を切断したときの分解図である。
【図７】渡り線１１６およびその周囲の構成を示す斜視図である。
【図８】二次共振コイル１１０および二次電磁誘導コイル１２０の一部を示す側面図である。
【図９】二次共振コイル１１０に電流が流れたときの状態を示す模式図である。
【図１０】二次共振コイル１１０に共振周波数の電流を流したときの状態を示す模式図である。
【図１１】コイルユニット２０１を模式的に示す斜視図である。
【図１２】図１１に示すＸＩＩ方向から一次電磁誘導コイル２３０および一次共振コイル２４０を見たときの平面図である。
【図１３】一次共振コイル２４０の周囲に形成される近接場の強度の強い領域を模式的に示す模式図である。
【図１４】車両１００に搭載された蓄電装置１５０を充電する際における二次共振コイル１１０および一次共振コイル２４０の相対的な位置関係を示す模式図である。
【図１５】二次共振コイル１１０と一次共振コイル２４０とが鉛直方向に配列した状態において、二次共振コイル１１０と近接場ＮＦ２との位置関係を示す平面図である。
【図１６】図１５に示す二次共振コイル１１０の位置から二次共振コイル１１０が位置ずれした状態を示す平面図である。
【図１７】コイルユニット１０１の第１変形例を示す斜視図である。
【図１８】コイルユニット２０１の第１変形例を示す斜視図である。
【図１９】二次共振コイル１１０と車両１００とを模式的に示す平面図である。
【図２０】二次共振コイル１１０と車両１００とを模式的に示す平面図である。
【図２１】二次共振コイル１１０の変形例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００１９】
図１は、基本的な非接触給電システムを示す全体構成図である。図１を参照して、非接触給電システムは、受電装置として機能する車両１００と、給電装置２００とを備える。
【００２０】
車両１００は、コイルユニット１０１と、整流器１３０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０と、蓄電装置１５０と、パワーコントロールユニット（以下「ＰＣＵ（Power  Control
Unit）」とも称する。）１６０と、モータ１７０と、車両ＥＣＵ（Electronic  Control  Unit）１８０とを含む。
【００２１】
なお、車両１００の構成は、モータにより駆動される車両であれば、図１に示される構成に限らない。たとえば、車両１００は、モータと内燃機関とを備えるハイブリッド車両や、燃料電池を備える燃料電池自動車、電気自動車などを含む。
【００２２】
コイルユニット１０１は、二次共振コイル１１０と、二次電磁誘導コイル１２０とを含む。二次共振コイル１１０は、たとえば車体下部に設置される。二次共振コイル１１０は、ＬＣ共振器であり、給電装置２００に設けられたコイルユニット２０１の一次共振コイル２４０と電磁場を介して共鳴することにより給電装置２００から電力を受電または送電
の少なくとも一方を行う。なお、二次共振コイル１１０の容量成分は、所定の容量を得るためにキャパシタが二次共振コイル１１０に設けられてもよく、コイルの寄生容量で対応可能である場合には、キャパシタを設けなくてもよい。
【００２３】
二次共振コイル１１０は、給電装置２００の一次共振コイル２４０との距離や、一次共振コイル２４０および二次共振コイル１１０の共鳴周波数等に基づいて、一次共振コイル２４０と二次共振コイル１１０との共鳴強度を示すＱ値（たとえば、Ｑ＞１００）およびその結合度を示すκ等が大きくなるように形成されている。
【００２４】
二次電磁誘導コイル１２０は、二次共振コイル１１０と同軸上に設置され、電磁誘導により二次共振コイル１１０と磁気的に結合可能である。この二次電磁誘導コイル１２０は、二次共振コイル１１０により受電された電力を電磁誘導により取出して整流器１３０へ出力する。
【００２５】
整流器１３０は、二次電磁誘導コイル１２０によって取出された交流電力を整流して直流電力をＤＣ／ＤＣコンバータ１４０へ出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０は、車両ＥＣＵ１８０からの制御信号に基づいて、整流器１３０によって整流された電力を蓄電装置１５０の電圧レベルになるように変換して蓄電装置１５０へ出力する。なお、車両を走行しながら給電装置２００から受電する場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０は、整流器１３０によって整流された電力をシステム電圧に変換してＰＣＵ１６０へ直接供給してもよい。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０は、必ずしも必要ではなく、二次電磁誘導コイル１２０によって取出された交流電力が整流器１３０によって整流された後に蓄電装置１５０に直接与えられるようにしてもよい。
【００２６】
蓄電装置１５０は、再充電可能な直流電源であり、たとえばリチウムイオンやニッケル水素などの二次電池を含んで構成される。蓄電装置１５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０から供給される電力を蓄えるほか、モータ１７０によって発電される回生電力も蓄える。そして、蓄電装置１５０は、その蓄えた電力をＰＣＵ１６０へ供給する。なお、蓄電装置１５０として大容量のキャパシタも採用可能であり、給電装置２００から供給される電力やモータ１７０からの回生電力を一時的に蓄え、その蓄えた電力をＰＣＵ１６０へ供給可能な電力バッファであれば如何なるものでもよい。
【００２７】
ＰＣＵ１６０は、蓄電装置１５０から出力される電力、あるいはＤＣ／ＤＣコンバータ１４０から直接供給される電力によってモータ１７０を駆動する。また、ＰＣＵ１６０は、モータ１７０により発電された回生電力（交流電力）を直流電力に変換して蓄電装置１５０へ出力し、蓄電装置１５０を充電する。モータ１７０は、ＰＣＵ１６０によって駆動され、車両走行のための駆動力を発生して駆動輪へ出力する。また、モータ１７０は、駆動輪や、ハイブリッド車両の場合には図示されないエンジンから受ける運動エネルギによって発電し、その発電した回生電力をＰＣＵ１６０へ出力する。
【００２８】
車両ＥＣＵ１８０は、いずれも図１には図示しないがＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、記憶装置および入出力バッファを含み、各センサ等からの信号の受信や各機器へ
の制御信号の出力を行なうとともに、車両１００および各機器の制御を行なう。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。なお、図１においては、車両ＥＣＵ１８０が、車両１００の走行制御、および給電装置２００からの電力の受電制御の両方を行なう構成としているが、制御装置の構成はこれに限定されない。すなわち、車両１００が、機器ごとあるいは機能ごとに対応した制御装置を個別に備える構成とすることもできる。たとえば、受電制御を主として行なうための受電ＥＣＵを備える構成としてもよい。
【００２９】
車両ＥＣＵ１８０は、給電装置２００から車両１００への給電時、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０を制御する。車両ＥＣＵ１８０は、たとえば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０を制御することによって、整流器１３０とＤＣ／ＤＣコンバータ１４０との間の電圧を所定の目標電圧に制御する。また、車両ＥＣＵ１８０は、車両の走行時は、車両の走行状況や蓄電装置１５０の充電状態（「ＳＯＣ（State  Of  Charge）」とも称される。）に基づい
てＰＣＵ１６０を制御する。
【００３０】
一方、給電装置２００は、交流電源２１０と、高周波電力ドライバ２２０と、コイルユニット２０１とを含む。コイルユニット２０１は、一次電磁誘導コイル２３０と一次共振コイル２４０と、一次共振コイル２４０とを含む。
【００３１】
交流電源２１０は、車両外部の電源であり、たとえば商用電源である。高周波電力ドライバ２２０は、交流電源２１０から受ける電力を高周波の電力に変換し、その変換した高周波電力を一次電磁誘導コイル２３０へ供給する。なお、高周波電力ドライバ２２０が生成する高周波電力の周波数は、たとえば１Ｍ〜数十ＭＨｚである。
【００３２】
一次電磁誘導コイル２３０は、一次共振コイル２４０と同軸上に設置され、電磁誘導により一次共振コイル２４０と磁気的に結合可能である。そして、一次電磁誘導コイル２３０は、高周波電力ドライバ２２０から供給される高周波電力を電磁誘導により一次共振コイル２４０へ給電する。
【００３３】
一次共振コイル２４０は、たとえば地面近傍に設置される。一次共振コイル２４０は、二次共振コイル１１０と同様にＬＣ共振器であり、車両１００の二次共振コイル１１０と電磁場を介して共鳴することにより車両１００へ電力を送電または車両１００から電力を受電する。なお、一次共振コイル２４０の容量成分は、所定の容量を得るためにキャパシタが一次共振コイル２４０に設けてもよく、一次共振コイル２４０の寄生容量で対向可能な場合には、キャパシタは必須ではない。
【００３４】
この一次共振コイル２４０も、車両１００の二次共振コイル１１０との距離や、一次共振コイル２４０および二次共振コイル１１０の共鳴周波数等に基づいて、Ｑ値（たとえば、Ｑ＞１００）および結合度κ等が大きくなるように形成されている。
【００３５】
図２は、共鳴法による送電の原理を説明するための図である。図２を参照して、この共鳴法では、２つの音叉が共鳴するのと同様に、同じ固有振動数を有する２つのＬＣ共振器が電磁場（近接場）において共鳴することによって、一方のコイルから他方のコイルへ電磁場を介して電力が伝送される。
【００３６】
具体的には、高周波電源３１０に一次電磁誘導コイル３２０を接続し、電磁誘導により一次電磁誘導コイル３２０と磁気的に結合される一次共振コイル３３０へ、１Ｍ〜数十ＭＨｚの高周波電力を給電する。一次共振コイル３３０は、コイル自身のインダクタンスと寄生容量（コイルにキャパシタが接続される場合には、キャパシタの容量を含む）とによるＬＣ共振器であり、一次共振コイル３３０と同じ共振周波数を有する二次共振コイル３４０と電磁場（近接場）を介して共鳴する。そうすると、一次共振コイル３３０から二次共振コイル３４０へ電磁場を介してエネルギ（電力）が移動する。二次共振コイル３４０へ移動したエネルギ（電力）は、電磁誘導により二次共振コイル３４０と磁気的に結合される二次電磁誘導コイル３５０によって取出され、負荷３６０へ供給される。なお、共鳴法による送電は、一次共振コイル３３０と二次共振コイル３４０との共鳴強度を示すＱ値がたとえば１００よりも大きいときに実現される。
【００３７】
なお、図１との対応関係について説明すると、図１の交流電源２１０および高周波電力
ドライバ２２０は、図２の高周波電源３１０に相当する。また、図１の一次電磁誘導コイル２３０および一次共振コイル２４０は、それぞれ図２の一次電磁誘導コイル３２０および一次共振コイル３３０に相当し、図１の二次共振コイル１１０および二次電磁誘導コイル１２０は、それぞれ図２の二次共振コイル３４０および二次電磁誘導コイル３５０に相当する。そして、図１の整流器１３０からモータ１７０までが負荷３６０として総括的に示されている。
【００３８】
図３は、電流源（磁流源）からの距離と電磁界の強度との関係を示した図である。図３を参照して、電磁界は３つの成分から成る。曲線ｋ１は、波源からの距離に反比例した成分であり、「輻射電磁界」と称される。曲線ｋ２は、波源からの距離の２乗に反比例した成分であり、「誘導電磁界」と称される。また、曲線ｋ３は、波源からの距離の３乗に反比例した成分であり、「静電磁界」と称される。
【００３９】
「静電磁界」は、波源からの距離とともに急激に電磁界の強度が減少する領域であり、共鳴法では、この「静電磁界」が支配的な近接場（エバネッセント場）を利用してエネルギ（電力）の伝送が行なわれる。すなわち、「静電磁界」が支配的な近接場において、同じ固有振動数を有する一対の共鳴器（たとえば一対のＬＣ共振器）を共鳴させることにより、一方の共鳴器（一次共振コイル）から他方の共鳴器（二次共振コイル）へエネルギ（電力）を伝送する。この「静電磁界」は遠方にエネルギを伝播しないので、遠方までエネルギを伝播する「輻射電磁界」によってエネルギ（電力）を伝送する電磁界に比べて、共鳴法は、より少ないエネルギ損失で送電することができる。
【００４０】
図４は、車両に搭載されたコイルユニット１０１を模式的に示す斜視図である。この図４に示すように、コイルユニット１０１は、二次共振コイル１１０と、二次電磁誘導コイル１２０とを含む。
【００４１】
図５は、図４に示すＶ方向から二次共振コイル１１０および二次電磁誘導コイル１２０を見た平面図である。なお、図５において、二次電磁誘導コイル１２０は、破線で示されている。この図５および図４に示すように、二次共振コイル１１０は、二次電磁誘導コイル１２０の下方に配置されている。二次共振コイル１１０は、中心線Ｏ１を中心に延びるように形成された大径コイル１１５と、この大径コイル１１５内に配置された複数の小径コイル１１１，１１２，１１３，１１４と、複数の渡り線１１６、１１７，１１８，１１９とを含む。
【００４２】
大径コイル１１５と、二次電磁誘導コイル１２０とは、中心線Ｏ１上に位置する位置から大径コイル１１５の中心点を見る方向に、大径コイル１１５および二次電磁誘導コイル１２０を見ると、大径コイル１１５と二次電磁誘導コイル１２０とは重なり合う。
【００４３】
すなわち、大径コイル１１５および二次電磁誘導コイル１２０は、互いに一方が他方に沿うように形成されている。
【００４４】
ここで、二次共振コイル１１０と二次電磁誘導コイル１２０との間で電流の授受は電磁誘導によって行われる。
【００４５】
大径コイル１１５と二次電磁誘導コイル１２０とは重なり合うように配置されているため、二次共振コイル１１０と二次電磁誘導コイル１２０との間で電流の授受が行われる際、二次共振コイル１１０に電流が流れることで生じる磁力線の多くが二次電磁誘導コイル１２０を通ることになり、二次電磁誘導コイル１２０に大きな起電力が生じる。このため、二次共振コイル１１０と二次電磁誘導コイル１２０との間で電流の授受が良好に行われる。
【００４６】
小径コイル１１１，１１２，１１３，１１４は、互いに大径コイル１１５の周方向に間隔をあけて配置されている。小径コイル１１１，１１２，１１３，１１４は、中心線Ｏ１を中心に環状に配列しており、小径コイル１１１，１１２，１１３，１１４は、大径コイル１１５の内周縁部に内接するように配置されている。このため、小径コイル１１１，１１２，１１３，１１４の各径を大きく確保することができ受電および送電効率の向上を図ることができる。
【００４７】
二次共振コイル１１０は、１つの導線から形成されており、大径コイル１１５、小径コイル１１１，１１２，１１３，１１４および渡り線１１６、１１７，１１８，１１９は、１つの導線から一体的に形成されている。
【００４８】
二次共振コイル１１０を１つの導線で構成することで、二次共振コイル１１０との間で電力の授受を行う二次電磁誘導コイル１２０を１つに集約することができ、部品点数の低減を図ることができる。なお、大径コイル１１５および小径コイル１１１，１１２，１１３，１１４は、１巻のコイルであり、二次共振コイル１１０のコンパクト化が図られている。
【００４９】
図６は、二次共振コイル１１０を詳細に説明するための分解図であり、二次共振コイル１１０を構成する構成要素ごとに二次共振コイル１１０を切断したときの分解図である。
【００５０】
この図６に示すように、大径コイル１１５は、複数の円弧部１１５ａ〜１１５ｄを含む。各円弧部１１５ａ〜１１５ｄは、図４，５に示す中心線Ｏ１を中心に円弧状に延びるように形成されている。
【００５１】
なお、大径コイル１１５の形状としては、円形形状に限られず、方形形状、多角形形状、楕円形状など各種形状を採用することができる。
【００５２】
小径コイル１１１，１１２，１１３，１１４も略円形形状とされているが、円形形状に限られず、方形形状、多角形形状、楕円形状など各種形状を採用することができる。なお、小径コイル１１１，１１２，１１３，１１４の各中心線は、中心線Ｏ１から離れており、中心線Ｏ１を中心に配列している。
【００５３】
渡り線１１６、１１７，１１８，１１９は、小径コイル１１１，１１２，１１３，１１４と円弧部１１５ａ，１１５ｂ、１１５ｃ、１１５ｄとを接続する。
【００５４】
渡り線１１６は、円弧部１１５ａの一端と小径コイル１１１の一端とを接続し、円弧部１１５ａの他方端は、小径コイル１１２の一端に接続されている。
【００５５】
渡り線１１７は、小径コイル１１２の他方端と円弧部１１５ｂの一端とを接続し、円弧部１１５ｂの他方端は小径コイル１１３の一端に接続されている。渡り線１１８は、小径コイル１１３の他方端と円弧部１１５ｃの一端とを接続し、円弧部１１５ｃの他方端は小径コイル１１４の一端に接続されている。渡り線１１９は、小径コイル１１４の他方端と円弧部１１５ｄの一端とを接続する。円弧部１１５ｄの他方端は、小径コイル１１１の他方端に接続されている。
【００５６】
なお、図６は、二次共振コイル１１０を説明するために便宜的に二次共振コイル１１０を分解した状態を示しているが、二次共振コイル１１０は１つの導線によって形成されている。
【００５７】
図７は、渡り線１１６およびその周囲の構成を示す斜視図である。この図７および図４に示すように、渡り線１１６は、二次共振コイル１１０の一部である小径コイル１１１を跨ぐように形成されてる。
【００５８】
渡り線１１６は、二次電磁誘導コイル１２０側に向けて膨らむように湾曲している。なお、他の渡り線１１７、１１８，１１９も、二次電磁誘導コイル１２０と同様に形成されており、各々二次共振コイル１１０の一部を跨ぐように形成されている。
【００５９】
この際、渡り線１１６、１１７，１１８，１１９と、二次共振コイル１１０の一部との間の距離Ｌ２は、たとえば、二次共振コイル１１０を構成する導線の直径よりも大きく設定されており、渡り線１１６、１１７，１１８，１１９と二次共振コイル１１０との間で放電が生じることが抑制されている。
【００６０】
図８は、二次共振コイル１１０および二次電磁誘導コイル１２０の一部を示す側面図である。この図８に示すように、二次電磁誘導コイル１２０は、渡り線１１６に沿って延びる湾曲部１２１を含む。
【００６１】
湾曲部１２１と渡り線１１６との間の距離Ｌ１が二次電磁誘導コイル１２０のうち湾曲部１２１以外の部分と二次共振コイル１１０との間の距離と等しくなるように、渡り線１１６は湾曲している。
【００６２】
図４に示すように、二次電磁誘導コイル１２０は、二次共振コイル１１０の渡り線１１７，１１８、１１９に沿って延びる湾曲部１２２，１２３，１２４を含む。
【００６３】
これにより、二次電磁誘導コイル１２０と二次共振コイル１１０とは、互いに全周に亘って、互いの距離が一定距離Ｌ１となるように形成されている。
【００６４】
このように、二次共振コイル１１０と二次電磁誘導コイル１２０との間の距離が短くなる部分がないため、二次共振コイル１１０および二次電磁誘導コイル１２０に高電圧の電流が流れたとしても、二次共振コイル１１０および二次電磁誘導コイル１２０の間で放電が生じることを抑制することができる。
【００６５】
さらに、二次電磁誘導コイル１２０および二次共振コイル１１０の間の距離を一定間隔に保つことで、二次共振コイル１１０に良好に起電力を発生させることができ、二次共振コイル１１０および二次電磁誘導コイル１２０の間での電力の授受を良好に行うことができる。
【００６６】
図９は、二次共振コイル１１０に電流が流れたときの状態を示す模式図である。この図９に示すように、二次共振コイル１１０に電流が流れると、大径コイル１１５には、電流方向Ｄ０に電流が流れる。小径コイル１１１，１１２，１１３，１１４には、電流方向Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４に電流が流れる。
【００６７】
大径コイル１１５、および小径コイル１１１，１１２，１１３，１１４に上記のような方向に電流が流れると、大径コイル１１５および小径コイル１１１，１１２，１１３，１１４によって磁界が発生する。この際、大径コイル１１５および小径コイル１１１，１１２，１１３，１１４によって発生する磁界の向きはいずれも同じ方向に向くように、大径コイル１１５および小径コイル１１１，１１２，１１３，１１４は巻かれている。
【００６８】
そして、二次共振コイル１１０に所定の共振周波数の電流が流れることで、二次共振コイル１１０の周囲に近接場が形成される。
【００６９】
図１０は、二次共振コイル１１０に共振周波数の電流を流したときの状態を示す模式図である。二次共振コイル１１０に共振周波数の電流が流れることで、二次共振コイル１１０の周囲には、近接場ＮＦ１が形成される。
【００７０】
なお、図１０は、二次共振コイル１１０の周囲に形成される近接場のうち、強度のつよい領域を模式的に示すものである。
【００７１】
大径コイル１１５の周囲には、単位近接場ＵＮＦ０が形成され、小径コイル１１１，１１２，１１３，１１４の周囲には、単位近接場ＵＮＦ１，ＵＮＦ２，ＵＮＦ３，ＵＮＦ４が形成される。小径コイル１１１，１１２，１１３，１１４は、各々間隔をあけて配置されている。ここで仮に、小径コイル１１１，１１２，１１３，１１４同士が重なり合う部分があると、当該重なり部分では、近接場が良好に発生しなくなり、一次電磁誘導コイル２３０および二次共振コイル１１０との間の受電および送電効率が低下する。
【００７２】
そこで、本実施の形態においては、各小径コイル１１１，１１２，１１３，１１４同士を間隔をあけて配置することで、電力の受電効率の向上が図られている。
【００７３】
図１１は、コイルユニット２０１を模式的に示す斜視図であり、図１２は、図１１に示すＸＩＩ方向から一次電磁誘導コイル２３０および一次共振コイル２４０を見たときの平面図である。
【００７４】
図１１および図１２に示すように、コイルユニット２０１は、一次共振コイル２４０と、この一次共振コイル２４０の下方に配置された一次電磁誘導コイル２３０とを含む。
【００７５】
一次共振コイル２４０は、二次共振コイル１１０と実質的に同一の形状とされている。一次共振コイル２４０は、大径コイル２４５と、この大径コイル２４５の内側に配置された複数の小径コイル２４１，２４２，２４３，２４４と、大径コイル２４５および各小径コイル２４１，２４２，２４３，２４４を接続する渡り線２４６,２４７，２４８，２４９を含む。
【００７６】
なお、一次共振コイル２４０も、二次共振コイル１１０と同様に１つの導線から形成されている。このため、一次共振コイル２４０との間で電力の授受を行う一次電磁誘導コイル２３０などを１つにすることができ、装置の簡略化を図ることができる。
【００７７】
図１１において、中心線Ｏ２上の点から一次共振コイル２４０の中心点を見る方向で、一次共振コイル２４０および一次電磁誘導コイル２３０を見ると、一次電磁誘導コイル２３０は、大径コイル２４５と重なり合うように形成されている。このため、一次共振コイル２４０と一次電磁誘導コイル２３０との間の電力の授受が効率的に行われる。
【００７８】
図１１において、大径コイル２４５は、中心線Ｏ２を中心に延びる円弧状の円弧部２４５ａ，２４５ｂ、２４５ｃ、２４５ｄを含み、渡り線２４６,２４７，２４８，２４９によって、円弧部２４５ａ，２４５ｂ、２４５ｃ、２４５ｄと小径コイル２４１，２４２，２４３，２４４とが接続されている。
【００７９】
この図１１に示す例においても、渡り線２４６,２４７，２４８，２４９は、一次共振コイル２４０の一部を跨ぐように形成されており、一次電磁誘導コイル２３０に向けて膨らむように湾曲している。
【００８０】
一次電磁誘導コイル２３０は、渡り線２４６,２４７，２４８，２４９の形状に合わせ
て湾曲する湾曲部２３１,２３２，２３３，２３４を含み、一次電磁誘導コイル２３０および一次共振コイル２４０との間で放電が生じることが抑制されている。
【００８１】
さらに、一次電磁誘導コイル２３０と一次共振コイル２４０との間の距離を一定にすることで、一次電磁誘導コイル２３０に良好に起電力を発生させることができ、一次電磁誘導コイル２３０と一次共振コイル２４０との間の電力の授受効率の向上が図られている。
【００８２】
図１２において、大径コイル２４５に電流方向Ｄ１０に電流が流れる際には、小径コイル２４１，２４２，２４３，２４４には、電流方向Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ１３，Ｄ１４に電流が流れる。このため、大径コイル２４５によって形成される磁界の方向と、各小径コイル２４１,２４２，２４３，２４４によって形成される磁界の方向とは一致する。
【００８３】
そして、一次共振コイル２４０に共振周波数の電流が流れることで、図１３に示すように、一次共振コイル２４０の周囲に近接場ＮＦ２が形成される。なお、図１３においては、一次共振コイル２４０の周囲に形成される近接場の強度の強い領域を模式的に示す模式図である。
【００８４】
この図１３に示すように、近接場ＮＦ２は、大径コイル２４５の周囲に形成される単位近接場ＵＮＦ１０と、各小径コイル２４１,２４２，２４３，２４４の周囲に形成される単位近接場ＵＮＦ１１，ＵＮＦ１２，ＵＮＦ１３，ＵＮＦ１４を含む。
【００８５】
車両１００に搭載された蓄電装置１５０を充電する際には、図１４に示すように、二次共振コイル１１０は、一次共振コイル２４０の上方に位置する。
【００８６】
そして、一次共振コイル２４０に共振周波数の高周波電流が流れる。そして、図１３に示すように、近接場ＮＦ２が一次共振コイル２４０の周囲に形成される。
【００８７】
図１５は、二次共振コイル１１０と一次共振コイル２４０とが鉛直方向に配列した状態において、二次共振コイル１１０と近接場ＮＦ２との位置関係を示す平面図である。
【００８８】
この図１５に示す状態においては、二次共振コイル１１０は、近接場ＮＦ２内に位置しており、一次共振コイル２４０から二次共振コイル１１０に良好に電力が伝達される。
【００８９】
図１６は、図１５に示す二次共振コイル１１０の位置から二次共振コイル１１０が位置ずれした状態を示す平面図である。
【００９０】
この図１６においては、図１５に示すように、二次共振コイル１１０が正常な位置から位置ずれしている。その一方で、平面視すると、二次共振コイル１１０は、複数の小径コイル１１１，１１２，１１３，１１４を備えているため、二次共振コイル１１０は、近接場ＮＦ２と多数の位置で交差している。このため、この図１６に示すように、二次共振コイル１１０が位置ずれしたとしても、二次共振コイル１１０には、一次共振コイル２４０から電力が伝達され、電力の伝達効率の低減が抑制されている。
【００９１】
さらに、複数の小径コイル１１１，１１２，１１３，１１４が大径コイル１１５の内側に配置されているため、二次共振コイル１１０自体の大きさが大きくなることが抑制されている。
【００９２】
図１７は、コイルユニット１０１の第１変形例を示す斜視図であり、図１８は、コイルユニット２０１の第１変形例を示す斜視図である。図１７に示す例においては、渡り線１１６，１１７，１１８，１１９は、二次共振コイル１１０に対して、二次電磁誘導コイル
１２０と反対側に向けて膨らむように湾曲し、二次共振コイル１１０の一部を跨ぐように形成されている。その一方で、二次電磁誘導コイル１２０には、上記図４などに示すように、湾曲部１２１，１２２，１２３，１２４が形成されておらず、簡易な形状となっている。
【００９３】
同様に、図１８に示す例においても、渡り線２４６,２４７，２４８，２４９も、一次共振コイル２４０に対して一次電磁誘導コイル２３０と反対側に向けて膨らむように湾曲し、一次共振コイル２４０の一部を跨ぐように形成されている。そして、一次電磁誘導コイル２３０は、上記図１１に示すような湾曲部２３１,３２，２３３，２３４が形成されておらず、一次電磁誘導コイル２３０の形状が簡易な形状となっている。
【００９４】
図１９は、二次共振コイル１１０と車両１００とを模式的に示す平面図である。この図１９に示す例においては、小径コイル１１１および小径コイル１１３が車両の前後方向に配列し、小径コイル１１２および小径コイル１１４が車両１００の幅方向に配列している。図２０に示す例においては、車両１００の幅方向中央部をとおり、車両１００の前後方向に延びる中心線を中心線Ｏ３とする。小径コイル１１１および小径コイル１１２とは、中心線Ｏ３をはさむように車両１００の幅方向に配列している。また、小径コイル１１３および小径コイル１１４も中心線Ｏ３を挟むように車両１００の幅方向に配列している。なお、小径コイル１１２および小径コイル１１３は、車両１００の前後方向に配列しており、小径コイル１１１および小径コイル１１４も車両１００の前後方向に配列してる。このように、二次共振コイル１１０の搭載姿勢は、様々な姿勢を採用することができる。
【００９５】
なお、上記図１から図２０に示す例においては、二次共振コイル１１０を１つの導線から形成した例について説明したが、図２１に示すように、大径コイル１１５と、小径コイル１１１と、小径コイル１１２と、小径コイル１１３と、小径コイル１１４とを各々別々の導線から形成してもよい。
【００９６】
さらに、小径コイル１１１，１１２，１１３，１１４が４つ設けられている例について説明したが、小径コイル１１１，１１２，１１３，１１４の個数は、４つに限られない。
【００９７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明は、コイルユニット、非接触電力送電装置、車両および非接触電力給電システムに適用することができる。
【符号の説明】
【００９９】
１００  車両、１０１，２０１  コイルユニット、１１０  二次共振コイル、１１１，１１２，１１３，１１４，２４１，２４２，２４３，２４４  小径コイル、１１５，２４５  大径コイル、１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ，１１５ｄ，２４５ａ，２４５ｂ  円弧部、１１６，１１７，１１８，１１９，２４６  渡り線、１２０，３５０  二次電磁誘導コイル、１２１，１２２，１２３，１２４，２３１  湾曲部、１３０  整流器、１４０  コンバータ、１５０  蓄電装置、１７０  モータ、２００  給電装置、２１０  交流電源、２２０  高周波電力ドライバ、２３０，３２０  一次電磁誘導コイル、２４０，３３０
一次共振コイル、３１０  高周波電源、３４０  二次共振コイル、３６０  負荷、２Ｄ０，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ１０，Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ１３，Ｄ１４  電流方向、Ｌ
距離、ＮＦ１，ＮＦ２  近接場、Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３  中心線、ＵＮＦ０，ＵＮＦ１，Ｕ
ＮＦ２，ＵＮＦ３，ＵＮＦ４，ＵＮＦ１０，ＵＮＦ11  単位近接場。
【図１】
0005718619.tif 000002
【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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