(57)【要約】［課題］複数のインダクタを有し、各インダクタ間の結合係数が小さいインダクタユニット、無線電力伝送装置及び電動車両を提供する。［解決手段］一実施形態に係るインダクタユニットは、第１インダクタと、第２インダクタとを備える。第１（第２）インダクタは、第１（第２）コアと、第１（第２）巻線とを備える。第１（第２）巻線は、第１（第２）コアの周囲に、巻き付けられる。第１インダクタ及び第２インダクタは、第１直線と第１中心線とのなす角が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。第１直線は、第１交点と第２交点とを結ぶ直線である。第１（第２）交点は、第１（第２）コアの第１（第２）磁束方向と平行な第１（第３）中心線と、第１（第２）磁束方向と垂直な第２（第４）中心線と、の交点である。
2015189976.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１コアと、前記第１コアの周囲に巻き付けられる第１巻線と、を備える第１インダクタと、
第２コアと、前記第２コアの周囲に巻き付けられる第２巻線と、を備える第２インダクタと、
を備え、
前記第１インダクタ及び前記第２インダクタは、
前記第１コアの第１磁束方向と平行な第１中心線と前記第１磁束方向と垂直な第２中心線との第１交点と、前記第２コアの前記第２磁束方向と平行な第３中心線と前記第２磁束方向と垂直な第４中心線との第２交点と、を結ぶ第１直線と、
前記第１中心線と、
のなす角が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
インダクタユニット。
【請求項２】
前記第１インダクタ及び前記第２インダクタは、前記第１磁束方向と第２磁束方向とが平行になるように配置される
請求項１に記載のインダクタユニット。
【請求項３】
前記第１インダクタ及び前記第２インダクタは、前記第１磁束方向と第２磁束方向とのなす角が５０度以上７０度以下となるように配置される
請求項１又は請求項２に記載のインダクタユニット。
【請求項４】
前記第１巻線が発生させる磁界と前記第２巻線が発生させる磁界とは逆相である
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のインダクタユニット。
【請求項５】
前記第１巻線を巻付ける向きと前記第２巻線を巻付ける向きとは逆向きである
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のインダクタユニット。
【請求項６】
前記第１巻線に流れる電流と前記第２巻線に流れる電流とは逆相である
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のインダクタユニット。
【請求項７】
前記第１巻線に流れる電流と前記第２巻線に流れる電流とは逆向きである
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のインダクタユニット。
【請求項８】
前記第１巻線は、当該第１巻線の前記第１磁束方向と垂直な第５中心線が、前記第２中心線と離間するように巻付けられる
請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載のインダクタユニット。
【請求項９】
前記第１インダクタと前記第２インダクタとの間に配置される導体又は磁性体からなる遮蔽板をさらに備える
請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載のインダクタユニット。
【請求項１０】
前記第１インダクタと前記第２インダクタとを含むＮ個（Ｎ≧３）のインダクタを備え、
前記第２インダクタは、Ｎ個のインダクタのうち、前記第１インダクタに近接して配置されたインダクタである
請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載のインダクタユニット。
【請求項１１】
前記Ｎ個のインダクタが発生させる磁界は、それぞれ３６０／Ｎ度の位相差を有する
請求項１０に記載のインダクタユニット。
【請求項１２】
送電の際、前記Ｎ個のインダクタのうち、受電側のインダクタを対向して配置されていないインダクタは、所定の磁界を発生させる
請求項１０又は請求項１１に記載のインダクタユニット。
【請求項１３】
請求項１〜請求項１２のいずれか１項に記載のインダクタユニットを備える無線電力伝送装置。
【請求項１４】
請求項１〜請求項１３のいずれか１項に記載のインダクタユニットを車体の底部に備える電動車両。
【請求項１５】
前記車体を昇降させるサスペンション装置をさらに備え、
前記インダクタユニットは、前記サスペンション装置により下降する側の前記車体の底部に配置される
請求項１４に記載の電動車両。
【請求項１６】
前記インダクタユニットの前記第１インダクタ及び前記第２インダクタは、前記車体が昇降した際に、前記第１インダクタから路面までの距離と、前記第２インダクタから路面までの距離と、が等しくなるように配置される
請求項１５に記載の電動車両。
【請求項１７】
前記車体の底部に、前記インダクタユニットの前記第１インダクタ及び前記第２インダクタより下方に突出した車体フレームをさらに備える
請求項１４〜請求項１６のいずれか１項に記載の電動車両。
【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、無線電力伝送装置及び電動車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＥＶバスなどに無線で大電力を伝送するための無線電力伝送装置として、複数のインダクタを含むインダクタユニットを備えた装置が提案されている。このような装置は、インダクタからの放熱性を高め、各インダクタに要求される耐電圧や電流容量を低減することができるため、大電力の伝送に適している。【０００３】
しかしながら、この装置では、インダクタユニットを構成する複数のインダクタが磁気的に結合することにより、電力の伝送効率の低下や、電力制御の複雑化などの問題が生じる。また、複数のインダクタの磁気的な結合を抑制するために、各インダクタの磁束方向のなす角を垂直にしたインダクタユニットも提案されているが、このインダクタユニットでは、漏洩磁界の低減が困難になるという問題があった。このように、従来のインダクタユニットでは、結合係数の低下と漏洩磁界の低減とを同時に実現することができなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１２５１７８号公報
【特許文献２】特開２０１１−２０００５２号公報
【特許文献３】特開２０１１−２３４４９６号公報
【特許文献４】特開２０１１−１４７２１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
複数のインダクタを有し、各インダクタ間の結合係数が小さいインダクタユニット、無線電力伝送装置及び電動車両を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態に係るインダクタユニットは、第１インダクタと、第２インダクタとを備える。第１インダクタは、第１コアと、第１巻線とを備える。第１巻線は、第１コアの周囲に巻き付けられる。第２インダクタは、第２コアと、第２巻線とを備える。第２巻線は、第２コアの周囲に巻き付けられる。第１インダクタ及び第２インダクタは、第１直線と第１中心線とのなす角が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。第１直線は、第１交点と第２交点とを結ぶ直線である。第１交点は、第１コアの第１磁束方向と平行な第１中心線と、第１磁束方向と垂直な第２中心線と、の交点である。第２交点は、第２コアの第２磁束方向と平行な第３中心線と、第２磁束方向と垂直な第４中心線と、の交点である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１実施形態に係るインダクタユニットの概略構成を示す平面図。
【図２】インダクタの変形例を示す平面図。
【図３】インダクタの変形例を示す断面図。
【図４】インダクタの変形例を示す断面図。
【図５】インダクタユニットの作用を説明する説明図。
【図６】角Angleを説明する説明図。
【図７】図１のインダクタユニットにおける結合係数と角φとの関係を示すグラフ。
【図８】図１のインダクタユニットにおける結合係数と角φとの関係を示すグラフ。
【図９】図１のインダクタユニットにおける結合係数と角φとの関係を示すグラフ。
【図１０】図１のインダクタユニットにおける結合係数と角φとの関係を示すグラフ。
【図１１】図１のインダクタユニットにおける漏洩磁界と角Angleの関係を示すグラフ。
【図１２】図１のインダクタユニットの変形例を示す平面図。
【図１３】図１のインダクタユニットの搭載方法の一例を示す図。
【図１４】図１のインダクタユニットの搭載方法の一例を示す図。
【図１５】図１のインダクタユニットの変形例を示す平面図。
【図１６】図１のインダクタユニットの変形例を示す平面図。
【図１７】第２実施形態に係る受電装置の概略構成を示すブロック図。
【図１８】第２実施形態に係る送電装置の概略構成を示すブロック図。
【図１９】交流電源の一例を示す回路図。
【図２０】交流電源の一例を示す回路図。
【図２１】交流電源の一例を示す回路図。
【図２２】交流電源の一例を示す回路図。
【図２３】交流電源の一例を示す回路図。
【図２４】第３実施形態に係るＥＶバスを示す概略構成図。
【図２５】第３実施形態に係るＥＶバスの変形例を示す概略構成図。
【図２６】第３実施形態に係るＥＶバスの変形例を示す概略構成図。
【図２７】第３実施形態に係るＥＶバスの変形例を示す概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【０００９】
（第１実施形態）
まず、第１実施形態に係るインダクタユニットについて、図１〜図１６を参照して説明する。本実施形態に係るインダクタユニットは、複数のインダクタを備える。インダクタユニット１００の各インダクタは、それぞれキャパシタと接続され、共振回路を形成する。この共振回路は、無線電力伝送装置の送電部又は受電部として用いられる。
【００１０】
ここで、図１は、本実施形態に係るインダクタユニット１００の概略構成を示す平面図である。図１に示すように、インダクタユニット１００は、インダクタ１とインダクタ２とを備える。
【００１１】
インダクタ１（第１インダクタ）は、ソレノイド型のインダクタである。インダクタ１は、キャパシタと直列ないしは並列に接続されて共振回路を形成する。このキャパシタは、インダクタユニット１００に含まれてもよいし、インダクタユニット１００とは別の回路に含まれてもよい。インダクタ１は、対向配置された他のインダクタと電磁誘導ないしは磁界共鳴（共振）により結合する。これにより、他のインダクタとの間での無線電力伝送が実現される。インダクタ１は、コア１１と、巻線１２と、筐体１３とを備える。
【００１２】
コア１１（第１コア）は、フェライトなどの磁性体により形成される。巻線１２（第１巻線）は、コア１１の周囲に巻付けられている。巻線１２に電流が流れることにより、磁界が発生する。以下では、インダクタユニット１００の動作中にコア１１内で生じる磁界の方向を、コア１１の磁束方向Ａ１（第１磁束方向）と称する。磁束方向Ａ１は、図１における矢印Ａ１の方向である。また、コア１１の磁束方向Ａ１の寸法をコア長Ｌ１１と、コア１１の磁束方向Ａ１と垂直な方向の寸法をコア幅Ｗ１１と称する。コア長Ｌ１１及びコア幅Ｗ１１は、任意に設計可能である。
【００１３】
さらに、磁束方向Ａ１と平行なコア１１の中心線を中心線ＣＬ１（第１中心線）と、磁束方向Ａ１と垂直なコア１１の中心線を中心線ＣＬ２（第２中心線）と称する。すなわち、中心線ＣＬ１は、コア１１のコア幅Ｗ１１の中心を通る磁束方向Ａ１と平行な直線であり、中心線ＣＬ２は、コア１１のコア長Ｌ１１の中心を通る磁束方向Ａ１と垂直な直線である。図１に示すように、中心線ＣＬ１と中心線ＣＬ２とは、交点Ｐ１（第１交点）で交差する。
【００１４】
なお、図１において、コア１１の平面視形状は、コア長Ｌ１１がコア幅Ｗ１１より長い矩形であるが、図２に示すように、コア１１が分割されていてもよいし、矩形でなくてもよい。コア１１が分割されている場合や、矩形でない場合は、コア１１の外周が収まる矩形形状の各辺の寸法がコア長Ｌ１１及びコア幅Ｗ１１となる。いずれの場合も、コア１１の磁束方向Ａ１の最大寸法をコア長Ｌ１１と、コア１１の磁束方向Ａ１と垂直な方向の最大寸法をコア幅Ｗ１１という。
【００１５】
磁束方向巻線１２として、例えば、銅線、アルミ線、及びリッツ線などが用いられる。以下では、巻線１２の磁束方向Ａ１の寸法を巻線長Ｌ１２と称する。巻線長Ｌ１２は、任意に設計可能である。
【００１６】
また、磁束方向Ａ１と垂直な巻線１２の中心線を中心線ＣＬ５（第５中心線）と称する。図１において、巻線１２はコア１１の中央部に、中心線ＣＬ２と中心線ＣＬ５とが一致するように配置されている。ここで、図３は、インダクタ１の中心線ＣＬ１に沿った断面図である。巻線１２は、図３に示すように、コア１１の周囲に誘電体のボビン１４を介して巻付けられてもよい。
【００１７】
筐体１３は、誘電体により形成される。図１において、筐体１３は外形のみが示されているため、コア１１及び巻線１２が表面に露出しているが、実際には、筐体１３は、コア１１及び巻線１２の全体を覆うように形成される。
【００１８】
インダクタ２（第２インダクタ）は、ソレノイド型のインダクタである。インダクタ２は、キャパシタと直列に接続されて共振回路を形成する。このキャパシタは、インダクタユニット１００に含まれてもよいし、インダクタユニット１００とは別の回路に含まれてもよい。インダクタ２は、対向配置された他のインダクタと磁界共鳴（共振）により結合する。これにより、他のインダクタとの間での無線電力伝送が実現される。インダクタ２は、コア２１と、巻線２２と、筐体２３と、を備える。
【００１９】
コア２１（第２コア）は、フェライトなどの磁性体により形成される。巻線２２（第２巻線）は、コア２１の周囲に巻付けられている。巻線２２に電流が流れることにより、磁界が発生する。以下では、インダクタユニット１００の動作中にコア２１内で生じる磁界の方向を、コア２１の磁束方向Ａ２（第２磁束方向）と称する。磁束方向Ａ２は、図１における矢印Ａ２の方向である。また、コア２１の磁束方向Ａ２の寸法をコア長Ｌ２１と、コア２１の磁束方向Ａ２と垂直な方向の寸法をコア幅Ｗ２１と称する。コア長Ｌ２１及びコア幅Ｗ２１は、任意に設計可能である。
【００２０】
さらに、磁束方向Ａ２と平行なコア２１の中心線を中心線ＣＬ２（第３中心線）と、磁束方向Ａ２と垂直なコア２１の中心線を中心線ＣＬ４（第４中心線）と称する。すなわち、中心線ＣＬ３は、コア２１のコア幅Ｗ２１の中心を通る磁束方向Ａ２と平行な直線であり、中心線ＣＬ４は、コア２１のコア長Ｌ２１の中心を通る磁束方向Ａ２と垂直な直線である。図１に示すように、中心線ＣＬ３と中心線ＣＬ４とは、交点Ｐ２（第２交点）で交差する。
【００２１】
なお、図１において、コア２１の平面視形状は、コア長Ｌ２１がコア幅Ｗ２１より長い矩形であるが、図１０４に示すように、コア２１が分割されていてもよいし、矩形でなくてもよい。いずれの場合も、コア２１の磁束方向Ａ２の最大寸法をコア長Ｌ２１と、コア２１の磁束方向Ａ２と垂直な方向の最大寸法をコア幅Ｗ２１という。
【００２２】
巻線２２として、例えば、銅線、アルミ線、及びリッツ線などが用いられる。以下では、巻線２２の磁束方向Ａ２の寸法を巻線長Ｌ２２と称する。巻線長Ｌ２２は、任意に設計可能である。
【００２３】
また、磁束方向Ａ２と垂直な巻線２２の中心線を中心線ＣＬ６（第６中心線）と称する。図１において、巻線２２はコア２１の中央部に、中心線ＣＬ４と中心線ＣＬ６とが一致するように配置されている。なお、巻線２２は、コア２１の周囲に誘電体のボビンを介して巻付けられてもよい。
【００２４】
筐体２３は、誘電体により形成される。図１において、筐体２３は外形のみが示されているため、コア２１及び巻線２２が表面に露出しているが、実際には、筐体２３は、コア２１及び巻線２２の全体を覆うように形成される。
【００２５】
上述のインダクタユニット１及びインダクタユニット２は、図１に示すように、磁束方向Ａ１と磁束方向Ａ２とが平行になるように、同一平面上に配置される。また、インダクタユニット１及びインダクタユニット２は、直線Ｌ０と中心線ＣＬ１とのなす角φ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。直線Ｌ０（第１直線）とは、インダクタ１の交点Ｐ１とインダクタ２の交点Ｐ２とを結ぶ直線である。このような配置により、インダクタ１及びインダクタ２の結合係数を低下させることができる。
【００２６】
特に、インダクタ１及びインダクタ２は、角φが、５０度以上７０度以下において、結合係数が＋側から−側に変わるポイントで結合係数が０となる角度が存在するため、この角度範囲の結合係数の絶対値は、他の角度範囲よりも小さくなる。このため、インダクタ１及びインダクタ２は、角φ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、より効果的に結合係数を低下させることができる。なお、結合係数の低下とは、結合係数の絶対値の低下を意味する。
【００２７】
次に、本実施形態に係るインダクタユニット１００の作用について説明する。以下では、送電側のインダクタユニット１００と受電側のインダクタユニット１００′がそれぞれ設けられているものとする。ここで、図５は、送電側及び受電側にそれぞれ設けられた２系統のインダクタユニット１００，１００′を横から見た図である。
【００２８】
図５において、送電側のインダクタユニット１００のインダクタ１は、対向配置された受電側のインダクタユニット１００′のインダクタ３と結合して電力を伝送する。また、送電側のインダクタユニット１００のインダクタ２は、対向配置された受電側のインダクタユニット１００′のインダクタ４と結合して電力を伝送する。
【００２９】
インダクタユニット１００がこのように配置された場合、上記の結合の他にも、インダクタ１，２の結合、インダクタ３，４の結合、インダクタ１，４の結合、インダクタ２，３の結合が生じる。これらの結合は、インダクタ１，３及びインダクタ２，４の結合による電力伝送に干渉する。以下では、２つのインダクタα，βの結合の結合係数をｋαβという。
【００３０】
また、図６に示すように、インダクタユニット１００の幅方向（磁界方向Ａ１，Ａ２と垂直な方向）と、漏洩磁界Ｈの方向（矢印Ｈの方向）と、のなす角を角Angleという。
【００３１】
ここで、図７〜図１０は、インダクタユニット１００の結合係数と角φ（Phi）との関係を示すグラフである。図７は、コア長Ｌ１１，Ｌ２１が５５０ｍｍ、コア幅Ｗ１１，Ｗ２１が３５０ｍｍ、巻線長Ｌ１２，Ｌ２２が５０ｍｍの場合の結合係数ｋ１３、ｋ３４、ｋ１４、ｋ２３のグラフである。これらの結合係数は、上述の通り、電力伝送に干渉するため、小さい方が好ましい。
【００３２】
図７に示すように、インダクタユニット１００では、角φが０度から大きくなるとともに結合係数ｋ１２，ｋ３４，ｋ１４，ｋ２３はいずれも小さくなり、角φが約５０〜７０度のときに０となっている。以下では、結合係数が０になる角φの角度をゼロ点という。角φが０点を超えると、負の結合係数が大きくなる。
【００３３】
図８は、コア長Ｌ１１，Ｌ２１が５５０ｍｍ、コア幅Ｗ１１，Ｗ２１が３５０ｍｍ、巻線長Ｌ１２，Ｌ２２が５０，２５０，４５０ｍｍの場合の結合係数ｋ１２のグラフである。図８に示すように、巻線長Ｌ２１，Ｌ２２を変化させた場合であっても、結合係数ｋ１２は、角φが約５０〜７０度の間で０になっている。すなわち、ゼロ点は約５０〜７０度の範囲に含まれる。これは、結合係数ｋ３４，ｋ１４，ｋ２３についても同様である。
【００３４】
図９は、コア幅Ｗ１１，Ｗ２１（巻線１２，２２の幅）が３５０ｍｍ、巻線長Ｌ１２，Ｌ２２が５０，２５０，４５０ｍｍの場合の結合係数ｋ１２のグラフである。図９において、インダクタ１，２はコア１，２を備えない。図９に示すように、インダクタ１，２はコア１，２を備えない場合であっても、結合係数ｋ１２は、角φが約５０〜７０度の間で０になっている。すなわち、ゼロ点は約５０〜６０度の範囲に含まれる。これは、結合係数ｋ３４，ｋ１４，ｋ２３についても同様である。
【００３５】
図１０は、コア長Ｌ１１，Ｌ２１が３５０，５５０，７５０ｍｍ、コア幅Ｗ１１，Ｗ２１が３５０ｍｍ、巻線長Ｌ１２，Ｌ２２が２５０ｍｍの場合の結合係数ｋ１２のグラフである。図１０に示すように、コア長Ｌ１１，Ｌ２１を変化させた場合であっても、結合係数は、角φが約５０〜７０度の間で０になっている。すなわち、ゼロ点は約５０〜７０度の範囲に含まれる。これは、結合係数ｋ３４，ｋ１４，ｋ２３についても同様である。
【００３６】
このように、インダクタユニット１００では、角φを所定の角度に設定することにより、結合係数を０にすることができる。これは、角φが０度から９０度に変化する過程で、結合係数が正の値から負の値に移行するためである。
【００３７】
また、上述の通り、ゼロ点は、巻線長、コア長、及びコアの有無によらず、５０度以上７０度以下の範囲に含まれる。したがって、このインダクタユニット１００では、角φを５０度以上７０度以下の角度とすることにより、結合係数を０に近づけることが可能である。そして、角φをゼロ点に設定することにより、結合係数を０にすることができる。
【００３８】
さらに、インダクタユニット１００は、磁束方向Ａ１，Ａ２が平行なまま結合係数を低下させることができる。したがって、インダクタ１，２が発生させる磁界を逆相とすることにより、結合係数の低下と同時に、漏洩磁界Ｈを低減させることが可能である。
【００３９】
ここで、図１１は、インダクタユニット１００の漏洩磁界Ｈと角Angleとの関係を示すグラフである。図１１において、Ｈ同相は、巻線１２，２２に同相の電流を流した時の漏洩磁界強度、Ｈ逆相は、巻線１２，２２に逆相の電流を流した時の漏洩磁界強度を示す。本実施形態において、磁束方向Ａ１，Ａ２のなす角度は、０度又は１８０度である。図１１に示すように、インダクタ１，２に逆相の磁界を発生させることにより、漏洩磁界Ｈを低減することができる。
【００４０】
以上説明した通り、本実施形態に係るインダクタユニット１００によれば、インダクタユニット１００を構成する各インダクタ間の結合係数を低下させる、すなわち、０に近づけるとともに、漏洩磁界Ｈを低減することができる。また、インダクタ１，２の磁束方向Ａ１，Ａ２が一致するため、位置ずれに対する許容範囲の低下を防ぐことができる。さらに、インダクタ１，２の結合係数は、角φの角度に依存するため、インダクタ１，２間の距離が短い場合であっても、結合係数を小さくすることができる。したがって、インダクタ１，２を近接して配置し、インダクタユニット１００の小型化が可能となる。
【００４１】
なお、インダクタ１，２に逆相の磁界を発生させる場合、例えば、インダクタ１，２の巻線１２，２２を逆向きに巻付け、巻線１２，２２に同相の電流を流せばよい。あるいは、巻線１２，２２を同じ向きに巻付け、巻線１２，２２に逆相の電流を流してもよいし、同相の電流を逆向きに流してもよい。
【００４２】
図１２（ａ）は、インダクタユニット１００の変形例を示す平面図である。図１２（ａ）のインダクタユニット１００では、巻線の中心線がコアの中心線と離間するように配置されている。すなわち、巻線１２は、中心線ＣＬ２と中心線ＣＬ５とがオフセット距離Ｌ２５だけ離間するように配置されている。巻線２２は、中心線ＣＬ４と中心線ＣＬ６とがオフセット距離Ｌ４６だけ離間するように配置されている。
【００４３】
図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のインダクタユニットにおける結合係数と角φとの関係を示すグラフである。より詳細には、図１２（ｂ）は、コア長Ｌ１１，Ｌ２１が５５０ｍｍ、コア幅Ｗ１１，Ｗ２１が３５０ｍｍ、巻線長Ｌ１２，Ｌ２２が２５０ｍｍ、オフセット距離Ｌ２５，Ｌ４６が２００ｍｍの場合のグラフである。
【００４４】
図１２（ｂ）に示すように、巻線をオフセットしない場合、ゼロ点は約５５度であるのに対して、巻線をオフセットした場合、ゼロ点は約５０度となっている。このように、コアに対する巻線の位置をオフセットすることにより、ゼロ点の角φの角度を変化させることができる。
【００４５】
例えば、インダクタユニット１００がＥＶバスに受電装置として搭載される場合、図１３に示すように、インダクタ１，２が車軸Ｘに対して同じ側に配置される場合と、図１４に示すように、インダクタ１，２が車軸Ｘに対して反対側に配置される場合とが考えられる。インダクタ１，２が図１３のように配置される場合、図１４のように配置された場合に比べて、角φの角度を大きくすることができる。これは、図１４のようにインダクタ１，２と導体の車軸Ｘとが重ならないように配置するために、インダクタ１とインダクタ２との間の磁束方向Ａ１の距離を大きくする必要があるためである。
【００４６】
図１４の角φの角度がゼロ点より小さい場合、上述の通り、結合係数が０より大きくなる。このような場合には、巻線１２，２２をオフセットして配置し、ゼロ点を小さくすることにより、結合係数を低下させることが可能である。なお、巻線１２，２２のオフセット距離Ｌ２５，Ｌ４６は、任意に設定可能である。
【００４７】
図１５（ａ）は、本実施形態に係るインダクタユニット１００の他の変形例を示す平面図である。このインダクタユニット１００は、インダクタ１とインダクタ２との間に導体又は磁性体からなる遮蔽板３を備える。より詳細には、遮蔽板３は、インダクタ１，２から形成される磁路の少なくとも一部を遮るように配置される。図１５（ａ）において、遮蔽板３は、インダクタ１，２にそれぞれ設けられているが、インダクタ１，２の一方のみに設けられていてもよい。
【００４８】
図１５（ｂ）は、図１５（ａ）のインダクタユニット１００における結合係数と角φとの関係を示すグラフである。図１５（ｂ）に示すように、インダクタユニット１００に遮蔽板３を設けると、遮蔽効果により結合係数をさらに低下させることができる。
【００４９】
図１６は、本実施形態に係るインダクタユニット１００のさらに他の変形例を示す平面図である。図１６のインダクタユニット１００は、Ｎ個（Ｎ≧３）のインダクタを備える。Ｎ個のインダクタのうち、ｎ番目（１≦ｎ≦Ｎ）のインダクタｎは、近接して配置されたインダクタｍ（１≦ｍ≦Ｎ，ｎ≠ｍ）に対して、角φが０度より大きく９０度より小さくなるように、好ましくは、５０度以上７０度以下となるように配置される。すなわち、近接して配置されたインダクタｎ，ｍの組は、上述のインダクタ１，２と同様に配置される。
【００５０】
ここで、インダクタｎに近接して配置されたインダクタｍとは、インダクタｎとの間の結合係数が、他のインダクタに比べて相対的に大きいインダクタのことをいう。一般に、インダクタｍには、インダクタｎとの間の距離が最も小さいインダクタが含まれるが、これに限られない。Ｎ個のインダクタをこのように配置することにより、インダクタが３個以上の場合であっても、各インダクタ間の結合係数を低下させることが可能となる。
【００５１】
また、インダクタユニット１００にＮ個のインダクタが含まれる場合には、各インダクタに、それぞれ３６０／Ｎ度の位相差を有する磁界を発生させることにより、漏洩磁界Ｈを低減させることができる。
【００５２】
さらに、このインダクタユニット１００が送電装置として用いられる場合、Ｎ個のインダクタのうち、受電側のインダクタが対向配置されていないインダクタに、所定の磁界を発生させる。すなわち、受電側のインダクタを対向配置されたインダクタが送電用の磁界を発生させ、受電側のインダクタを対向配置されていないインダクタが所定の磁界を発生させる。これにより、送電用の磁界の漏洩を抑制することができる。なお、所定の磁界は、送電用の磁界の漏洩を抑制し、伝送効率を向上させるための磁界である。
【００５３】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る無線電力伝送装置について、図１７〜図２３を参照して説明する。本実施形態に係る無線電力伝送装置は、第１実施形態に係るインダクタユニットを備える。ここでいう無線電力伝送装置には、無線電力伝送のための受電装置及び送電装置が含まれる。以下では、受電装置と送電装置とに分けて説明する。
【００５４】
図１７は、本実施形態に係る受電装置２１０の概略構成を示すブロック図である。受電装置２１０は、図１７に示すように、第１実施形態に係るインダクタユニット１００と、整流器２１１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１２と、蓄電池２１３とを備える。
【００５５】
受電装置２１０は、送電側のインダクタから、インダクタユニット１００を介して受電する。受電された電力は、整流器２１１に入力される。
【００５６】
整流器２１１は、インダクタユニット１００から入力された交流電力を直流電力に整流する。整流器２１１は、例えば、ダイオードを使ったブリッジ回路により構成される。整流器２１１により整流された電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１２に入力される。
【００５７】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２１２は、蓄電池２１３へ適切な電圧がかかるように、電圧を調整する。調整された電圧は、蓄電池２１３に入力される。なお、受電装置２１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１２を備えない構成も可能である。
【００５８】
蓄電池２１３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１２又は整流器２１１から入力された電力を蓄積する。蓄電池２１３として、鉛蓄電池やリチウムイオン電池など、任意の蓄電池を用いることができる。
【００５９】
この受電装置２１０は、インダクタユニット１００を介して受電するため、受電時における受電側のインダクタ間の磁気的な結合が小さくなり、電送効率の低下が抑制される。したがって、蓄電池２１３を効率的に充電することができる。なお、受電装置２１０は、蓄電池２１３を備えない構成も可能である。
【００６０】
図１８は、本実施形態に係る送電装置２２０の概略構成を示すブロック図である。送電装置２２０は、図１８に示すように第１実施形態に係るインダクタユニット１００と、交流電源２２１とを備える。
【００６１】
交流電源２２１は、交流電力をインダクタユニット１００に入力する。例えば、交流電源２２１は、商用電源から電力を入力され、入力された電力を整流し、インバータ回路を用いて、交流電力を出力する。また、交流電源２２１は、商用電力、直流電力、及び交流電力の電圧を調整する回路や、ＰＦＣ回路と呼ばれる力率改善回路を備える構成も可能である。インダクタユニット１００の各インダクタ１，２は、交流電源２２１から入力された電力によって交流磁界を発生させ、受電側のインダクタに送電する。
【００６２】
図１９は、交流電源２２１の一例を示す回路図である。図１９において、交流電源２２１は、インダクタ１に電力を供給する直流電源ＤＣ１と、直流電源ＤＣ１が供給する直流電力を交流に変換するインバータ回路ＩＮＶ１と、インダクタ２に電力を供給する直流電源ＤＣ２と、直流電源ＤＣ２が供給する直流電力を交流に変換するインバータ回路ＩＮＶ２と、を備える。
【００６３】
インバータ回路ＩＮＶ１，ＩＮＶ２は、単相フルブリッジインバータである。インバータ回路ＩＮＶ１，ＩＮＶ２は、Ｕ相とＶ相とを逆相で駆動する。すなわち、トランジスタＵＨとトランジスタＶＨとを逆相で開閉し、トランジスタＵＬとトランジスタＶＬとを逆相で開閉する。これにより、直流電力を交流電力に変換する。
【００６４】
図１９の交流電源２２１の場合、インバータ回路ＩＮＶ１とインバータ回路ＩＮＶ２とを逆相で駆動することにより、インダクタ１，２が発生させる磁界を逆相にすることができる。したがって、漏洩磁界Ｈを低減させることができる。なお、図１９において、ＯＵＴ１，ＯＵＴ２は、インダクタ１，２が発生させる磁界の位相を示している。
【００６５】
交流電源２２１は、２系統の直流電源ＤＣ１，ＤＣ２を共用し、図２０に示すように、１系統の直流電源ＤＣ１により形成されてもよい。図２０において、インバータ回路ＩＮＶ１，ＩＮＶ２は並列に接続されている。この交流電源２２１は、図１９と同様、インバータ回路ＩＮＶ１とインバータ回路ＩＮＶ２とを逆相で駆動することにより、インダクタ１，２が発生させる磁界を逆相にすることができる。
【００６６】
また、図２１に示すように、インバータ回路ＩＮＶ２とインダクタ２との接続を、図２０と逆にした場合には、インバータ回路ＩＮＶ１とインバータ回路ＩＮＶ２とを同相で駆動することにより、インダクタ１，２が発生させる磁界を逆相にすることができる。
【００６７】
交流電源２２１は、２つのインバータ回路ＩＮＶ１，ＩＮＶ２を共用し、図２２に示すように、１つのインバータ回路ＩＮＶ１により形成されてもよい。図２２において、インダクタ１，２は、入力方向が逆になるように並列に接続されている。また、図２３の交流電源２２１は、図２２と同様、１つのインバータ回路ＩＮＶ１により形成されており、インダクタ１，２は、入力方向が逆になるように直列に接続されている。これらの交流電源２２１では、インバータ回路ＩＮＶ１を駆動すると、インダクタ１，２が逆相の磁界を発生させる。
【００６８】
なお、交流電源２２１は、以上の構成に限られず、インダクタユニット１００に交流電力を入力可能な任意の構成とすることができる。
【００６９】
（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係る電動車両について、図２４〜図２７を参照して説明する。本実施形態に係る電動車両は、受電装置として、第２実施形態に係る無線電力伝送装置を備える。ここで、電動車両とは、電力、又は電力と燃料との併用、により駆動される車両のことである。電動車両には、電気自動車、ＥＶバス、ＰＨＥＶ(Plug-in Hybrid Electric Vehicle)、及び蓄電池駆動電車などが含まれる。以下では、電動車両がＥＶバスの場合について説明するが、本実施形態に係る電動車両はこれに限られない。
【００７０】
図２４は、本実施形態に係るＥＶバス３００を示す概略構成図である。図２４に示すように、ＥＶバス３００は、インダクタユニット１００と、整流器２１１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１２と、蓄電池２１３と、車体３０１とを備える。インダクタユニット１００、整流器２１１、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１２、及び蓄電池２１３は、第２実施形態における受電装置２１０を構成する。インダクタユニット１００は、インダクタ１，２の下側（路面側）の表面が路面と対向するように、車体３０１の底部に設けられる。
【００７１】
このＥＶバス３００は、駐車場などの路面に接地された送電側の無線電力伝送装置から電力を供給され、蓄電池２１３を充電される。ＥＶバス３００は、蓄電池２１３に蓄積された電力により駆動される。ＥＶバス３００は、インダクタユニット１００を介して受電するため、受電時における受電側のインダクタ間の磁気的な結合が小さくなり、電送効率の低下が抑制される。したがって、蓄電池２１３を効率的に充電することができる。
【００７２】
図２５は、本実施形態に係るＥＶバス３００の変形例を示す概略構成図である。このＥＶバスは、サスペンション装置３０２をさらに備える。サスペンション装置３０２は、ＥＶバス３００の車体３０１の前方及び後方の少なくとも一方の車高を昇降させる。サスペンション装置３０２として、例えば、エアサスペンションが用いられる。このＥＶバス３００では、サスペンション装置３０２が車体３０１の前方又は後方のいずれか一方を昇降させることにより、車体３０１を傾斜させるニーリング機能が実現される。図２５は、ニーリング中のＥＶバス３００を示している。
【００７３】
このＥＶバス３００では、サスペンション装置３０２によって車高３０１を低下させることにより、インダクタ１，２を路面に接近させることができる。すなわち、受電側のインダクタ１，２と、路面に接地された送電側のインダクタとの距離を小さくすることができる。したがって、無線電力伝送の伝送効率を向上させることができる。
【００７４】
また、図２５に示すように、インダクタ１，２は、ニーリングの際に下降する側の車体３０１の底部に配置されるのが好ましい。これにより、ニーリング中における受電側のインダクタ１，２と、路面に接地された送電側のインダクタと、の距離をさらに小さくすることができる。
【００７５】
サスペンション装置３０２が、車体３０１の前方及び後方の車高を昇降可能な場合には、インダクタ１，２の両方を路面に対して一様に接近させることができる。したがって、インダクタ１，２の伝送効率を一様に向上させることができる。
【００７６】
しかしながら、サスペンション装置３０２が、車体３０１の前方又は後方の一方の車高のみ昇降可能な場合には、図２５に示すように、インダクタ１と路面との間の距離と、インダクタ２と路面との間の距離と、が異なってしまう。この場合、路面との距離が大きいインダクタ２の伝送効率が、路面との距離が小さいインダクタ１の伝送効率より低くなる。
【００７７】
このような場合には、インダクタ１，２は、図２６に示すように、ニーリング時におけるインダクタ１から路面までの距離と、インダクタ２から路面までの距離と、が等しくなるように配置されるのが好ましい。これにより、インダクタ１，２の伝送効率を一様に向上させることができる。
【００７８】
図２７は、本実施形態に係るＥＶバス３００の変形例を示す概略構成図である。図２７のＥＶバス３００は、車体フレーム３０３をさらに備える。車体フレーム３０３は、車体３０１の底部に、インダクタ１，２の少なくとも一部を囲むように設けられる。車体フレーム３０３は、インダクタ１，２の下側（路面側）の表面より路面側に突出するように形成される。
【００７９】
このような構成により、車体３０１の底部が路面に接触した場合であっても、路面側に突出した車体フレーム３０３によりインダクタ１，２を保護することができる。また、車体フレーム３０３を導体や磁性体により形成し、遮蔽板３として用いることも可能である。
【００８０】
なお、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって種々の発明を形成できる。また例えば、各実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除した構成も考えられる。さらに、異なる実施形態に記載した構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００８１】
１，２：インダクタ、３：遮蔽板、１１，２１：コア、１２，２２：巻線、１３，２３：筐体、１４：ボビン、１００：インダクタユニット、２１０：受電装置、２１１：整流器、２１２：ＤＣ／ＤＣコンバータ、２１３：蓄電池、２２０：送電装置、２２１：交流電源、３００：ＥＶバス、３０１：筐体、３０２：サスペンション装置、３０３：車体フレーム、Ａ：磁束方向、ＣＬ：中心線、Ｐ：交点、ＤＣ：直流電源、ＩＮＶ：インバータ回路
【図１】
2015189976.tif 000003
【図２】
2015189976.tif 000004
【図３】
2015189976.tif 000005
【図４】
2015189976.tif 000006
【図５】
2015189976.tif 000007
【図６】
2015189976.tif 000008
【図７】
2015189976.tif 000009
【図８】
2015189976.tif 000010
【図９】
2015189976.tif 000011
【図１０】
2015189976.tif 000012
【図１１】
2015189976.tif 000013
【図１２】
2015189976.tif 000014
【図１３】
2015189976.tif 000015
【図１４】
2015189976.tif 000016
【図１５】
2015189976.tif 000017
【図１６】
2015189976.tif 000018
【図１７】
2015189976.tif 000019
【図１８】
2015189976.tif 000020
【図１９】
2015189976.tif 000021
【図２０】
2015189976.tif 000022
【図２１】
2015189976.tif 000023
【図２２】
2015189976.tif 000024
【図２３】
2015189976.tif 000025
【図２４】
2015189976.tif 000026
【図２５】
2015189976.tif 000027
【図２６】
2015189976.tif 000028
【図２７】
2015189976.tif 000029
【国際調査報告】
2015189976.tif 000030
2015189976.tif 000031
2015189976.tif 000032
2015189976.tif 000033
2015189976.tif 000034
2015189976.tif 000035
2015189976.tif 000036