(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受電装置に非接触で電力を伝送する給電装置であって、
第１の方向に少なくとも３つの磁性体が間隔を空けて配置される磁性体部と、前記磁性体部の少なくとも２つの前記磁性体に巻線が巻回されて構成される複数の給電コイルと、を含む給電コイルユニットと、
前記複数の給電コイルから電力を供給するコイルを選択する選択部と、
前記選択部により選択されたコイルに電力を供給する駆動部と、を備え、
前記第１の方向に隣り合う複数の給電コイルは、各給電コイルの前記巻線が巻回される前記磁性体の数よりも少ない数の前記磁性体に前記巻線が共通して巻回されていることを特徴とする給電装置。
【請求項２】
前記複数の給電コイルの巻線同士は、前記巻線が共通して巻回される前記磁性体において、前記第１の方向と直交する第２の方向に交互に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の給電装置。
【請求項３】
前記第１の方向に隣り合う複数の給電コイルは、一方の給電コイルの前記巻線のみが巻回される前記磁性体の数が、一方の給電コイルの前記巻線と他方の給電コイルの前記巻線が共通して巻回される前記磁性体の数より多いことを特徴とする請求項１または２に記載の給電装置。
【請求項４】
給電装置から受電装置に非接触で電力が伝送される非接触電力伝送装置であって、
前記給電装置は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の給電装置から構成され、
前記受電装置は、受電コイルと、前記受電コイルが受電した電力を整流して負荷に出力する整流部と、を備えることを特徴とする非接触電力伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給電装置および非接触電力伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電源コードを用いずに電力を供給する非接触電力伝送技術が注目されつつある。現在の非接触電力伝送技術は、主に電磁誘導を利用するタイプであり、さまざまな分野での応用が期待されている。
【０００３】
こうした背景から、例えば電気自動車の車両下部に受電コイル（受電側）を具備して、地上側の給電コイル（給電側）から非接触で大電力（例えば数（ｋＷ）〜数１０（ｋＷ））を伝送するという案も検討されており、この非接触電力伝送技術を用いれば、給電側と受電側を機械的に結合させることなく電力伝送を行うことができる。
【０００４】
ところで、このような非接触電力伝送技術では、地上側に配設される給電コイルと車両に設けられた受電コイルとの相対位置がずれた場合に電力伝送効率が低下するという問題があった。そのため非接触電力伝送技術では、給電コイルと受電コイルとの相対的位置関係がずれないようにすることが特に重要であることが知られている。
【０００５】
例えば特許文献１には、間隔を空けて配置された複数の給電コイルと、電源から電力を供給される一次コイルを選択する選択部を制御する制御部とを備えた給電装置が提案されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−１０３８０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示される技術では、複数の給電コイルは間隔を空けて配置されているため、受電コイルが複数の給電コイルの間に位置した場合に高い電力伝送効率を維持できない、という課題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、複数の給電コイルにおける各給電コイルと受電コイルの相対位置がずれても高い電力伝送効率を維持できる給電装置および非接触電力伝送装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本発明に係る給電装置は、受電装置に非接触で電力を伝送する給電装置であって、第１の方向に少なくとも３つの磁性体が間隔を空けて配置される磁性体部と、磁性体部の少なくとも２つの磁性体に巻線が巻回されて構成される複数の給電コイルとを含む給電コイルユニットと、複数の給電コイルから電力を供給するコイルを選択する選択部と、選択部により選択されたコイルに電力を供給する駆動部と、を備え、第１の方向に隣り合う複数の給電コイルは、各給電コイルの巻線が巻回される磁性体の数よりも少ない数の磁性体に巻線が共通して巻回されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、給電コイルユニットが、第１の方向に少なくとも３つの磁性体が間隔を空けて配置される磁性体部と、磁性体部の少なくとも２つの磁性体に巻線が巻回されて構成される複数の給電コイルと、を備え、第１の方向に隣り合う複数の給電コイルは、各給電コイルの巻線が巻回される磁性体の数よりも少ない数の磁性体に巻線が共通して巻回されている。これにより、各給電コイルの給電可能な領域の一部を重ねることができる。そのため、給電装置から受電装置への電力伝送効率が低下する領域を減らし、複数の給電コイルにおける各給電コイルと受電コイルの相対位置がずれても高い電力伝送効率を維持できる。
【００１１】
好ましくは、複数の給電コイルの巻線同士は、巻線が共通して巻回される磁性体において、第１の方向と直交する第２の方向に交互に配置されているとよい。この場合、各給電コイルの給電可能な領域の偏りを抑制することができる。そのため、給電装置から受電装置への電力伝送効率が低下する領域を一層減らし、複数の給電コイルにおける各給電コイルと受電コイルの相対位置がずれても、電力伝送効率が維持できる範囲を拡大することができる。
【００１２】
好ましくは、第１の方向に隣り合う複数の給電コイルは、一方の給電コイルの巻線のみが巻回される磁性体の数が、一方の給電コイルの巻線と他方の給電コイルの巻線が共通して巻回される磁性体の数より多くするとよい。この場合、各給電コイルの給電可能な領域をより拡大することができる。そのため、給電装置から受電装置への電力伝送効率が低下する領域を減らし、複数の給電コイルにおける各給電コイルと受電コイルの相対位置がずれても、電力伝送効率が維持できる範囲を拡大することができる。
【００１３】
本発明に係る非接触電力伝送装置は、給電装置から受電装置に非接触で電力が伝送される非接触電力伝送装置であって、給電装置は、上記給電装置から構成され、受電装置は、受電コイルと、受電コイルが受電した電力を整流して負荷に出力する整流部と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、複数の給電コイルにおける各給電コイルと受電コイルの相対位置がずれても高い電力伝送効率を維持できる非接触電力伝送装置を得ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、複数の給電コイルにおける各給電コイルと受電コイルの相対位置がずれても高い電力伝送効率を維持できる給電装置および非接触電力伝送装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る非接触電力伝送装置の概略図である。
【図２】本発明の図１における給電コイルユニットと選択部の一部拡大図である。
【図３】従来の非接触電力伝送装置における給電コイルユニットと選択部の一部拡大図である。
【図４】従来の非接触電力伝送装置における給電コイルと受電コイルの相対的位置関係に応じた非接触電力伝送効率ηを示す図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る非接触電力伝送装置における給電コイルと受電コイルの相対的位置関係に応じた非接触電力伝送効率ηを示す図である。
【図６】図２に示した本発明の第１実施形態の変形例に係る非接触電力伝送装置における給電コイルユニットと選択部の一部拡大図に相当する、本発明の第１実施形態の変形例に係る非接触電力伝送装置の給電コイルユニットと選択部の一部拡大図である。
【図７】本発明の第１実施形態の変形例に係る非接触電力伝送装置における給電コイルと受電コイルの相対的位置関係に応じた非接触電力伝送効率ηを示す図である。
【図８】図２に示した本発明の第１実施形態に係る非接触電力伝送装置における給電コイルユニットと選択部の一部拡大図に相当する、本発明の第２実施形態に係る非接触電力伝送装置の給電コイルユニットと選択部の一部拡大図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る非接触電力伝送装置における給電コイルと受電コイルの相対的位置関係に応じた非接触電力伝送効率ηを示す図である。
【図１０】本発明の他の応用例に係る非接触電力伝送装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明を実施するための形態につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、説明において、同一要素また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。
【００１８】
図１および図２を参照して、本発明の第１実施形態に係る非接触電力伝送装置Ｓ１の全体構成について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る非接触電力伝送装置の概略図である。図２は、図１における給電コイルユニットと選択部の一部拡大図である。
【００１９】
非接触電力伝送装置Ｓ１は、図１に示されるように、給電装置１００と、受電装置２００と、を有する。ここでは、非接触電力伝送装置Ｓ１を電気自動車などの移動体への給電設備に適用した例を用いて説明する。
【００２０】
給電装置１００は、電源ＶＧ、駆動部ＩＮＶ、給電コイルユニットＬ１、選択部ＳＥＬ１００、通信部ＣＯＭ１を有する。電源ＶＧは、駆動部ＩＮＶへの直流電力を供給する。電源ＶＧとしては、直流電力を出力するものであれば特に制限せず、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などのスイッチング電源などが挙げられる。
【００２１】
駆動部ＩＮＶは、電源ＶＧから供給される直流電力を交流電力に変換して、後述する給電コイルユニットＬ１に供給する。すなわち、駆動部ＩＮＶはインバータとして機能することとなる。駆動部ＩＮＶとしては、例えば図示しない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。また、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ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの素子が挙げられる。
【００２２】
給電コイルユニットＬ１は、駆動部ＩＮＶから供給される交流電力を後述する受電装置２００に非接触にて給電する給電部としての機能を果たす。本実施形態においては、給電コイルユニットＬ１は地中または地面近傍に配設されることとなる。この給電コイルユニットＬ１は、磁性体部Ｃと、複数の給電コイルＬ１０と、を有する。
【００２３】
磁性体部Ｃは、図２に示されるように、第１の方向に３つの磁性体Ｃ１〜Ｃ３が間隔を空けて配置されている。３つの磁性体Ｃ１〜Ｃ３は、それぞれ略直方体形状を呈しており、本実施形態では、同一の寸法・形状となっている。また、３つの磁性体Ｃ１〜Ｃ３は、それぞれ長手方向が第１の方向と直交するとともに、それぞれの長手方向の端部が第１の方向に揃うように配置されている。本実施形態では、磁性体Ｃ１と磁性体Ｃ３との間に磁性体Ｃ２が配置され、磁性体Ｃ１と磁性体Ｃ２との間の間隔と磁性体Ｃ２と磁性体Ｃ３との間の間隔とは等しくなっている。つまり、３つの磁性体Ｃ１〜Ｃ３は、第１の方向に整列配置されていることとなる。ここで「第１の方向」は、複数の給電コイルにおける各給電コイルと受電コイルの相対位置のずれによる電力伝送効率の低下を抑制したい方向に応じて適宜設定される。本実施形態では、第１の方向は、電気自動車の進行方向と一致しているが、電気自動車の進行方向と直交する方向の各給電コイルと受電コイルの相対位置のずれによる電力伝送効率の低下を抑制したい場合は、第１の方向は電気自動車の進行方向と直交する方向と一致することとなる。これら３つの磁性体Ｃ１〜Ｃ３を構成する磁性材料としては、フェライト、パーマロイ、珪素鋼板などが挙げられ、空気に対する比透磁率が高ければ高いほど好ましく、例えば、直流初透磁率が１０００以上の磁性材料を用いると好ましい。駆動部ＩＮＶから給電コイルユニットＬ１に供給される交流電流の周波数が数ｋＨｚ〜数百ｋＨｚの場合は、高周波帯域でのコア損失が小さく、磁性体の発熱を抑制できるという観点から、３つの磁性体Ｃ１〜Ｃ３を構成する磁性材料はフェライトが好ましく、例えば、直流初透磁率が１５００〜１００００程度、飽和磁束密度が０．３５〜０．４Ｔ程度のＭｎ−Ｚｎフェライトがより好ましい。また、駆動部ＩＮＶから給電コイルユニットＬ１に供給される交流電流の周波数が５０〜６０Ｈｚ程度の商用周波数の場合は、商用周波数の低周波帯域での磁気飽和が起こりにくいという観点から、３つの磁性体Ｃ１〜Ｃ３を構成する磁性材料は珪素鋼板が好ましく、例えば、直流初透磁率が１０００〜３０００程度、飽和磁束密度が１．８〜２Ｔ程度の珪素鋼板がより好ましい。なお、本実施形態では、磁性体部Ｃは、３つの磁性体Ｃ１〜Ｃ３から構成されているがこれに限られず、少なくとも３つの磁性体Ｃ１〜Ｃ３を備えていればよい。
【００２４】
複数の給電コイルＬ１０は、図２に示されるように、第１の方向に隣り合う給電コイルＬ１０ａと給電コイルＬ１０ｂを有する。具体的には、給電コイルＬ１０ａは、磁性体部Ｃの磁性体Ｃ１と磁性体Ｃ２の２つの磁性体に巻線が巻回されて構成されており、給電コイルＬ１０ｂは、磁性体部Ｃの磁性体Ｃ２と磁性体Ｃ３の２つの磁性体に巻線が巻回されて構成されている。本実施形態では、給電コイルＬ１０ａと給電コイルＬ１０ｂは、磁性体Ｃ２に共通して巻線が巻回されている。つまり、給電コイルＬ１０ａおよび給電コイルＬ１０ｂの巻線が巻回される磁性体の数（２つ）よりも給電コイルＬ１０ａの巻線と給電コイルＬ１０ｂの巻線が共通して巻回される磁性体の数（１つ）が少なくなっている。また、給電コイルＬ１０ａと給電コイルＬ１０ｂの巻線同士は、巻線が共通して巻回される磁性体Ｃ２において、第１の方向と直交する第２の方向に交互に配置されている。つまり、磁性体Ｃ２において、給電コイルＬ１０ａの巻線と給電コイルＬ１０ｂの巻線は重なり合っておらず、互いに間隔を空けて巻回されている。このとき、磁性体Ｃ２に巻回される給電コイルＬ１０ａの巻線と給電コイルＬ１０ｂの巻線の間隔は第２の方向に沿って等間隔であると好ましい。この場合、給電コイルＬ１０ａの給電可能な領域と給電コイルＬ１０ｂの給電可能な領域の偏りを抑制することができる。
これら給電コイルＬ１０ａおよび給電コイルＬ１０ｂを構成する巻線としては、銅、アルミニウムなどの金属ワイヤを多数本撚り合わせたリッツ線が挙げられる。また、給電コイルＬ１０ａおよび給電コイルＬ１０ｂの巻数は、所望の電力伝送効率に基づいて適宜設定される。なお、給電コイルＬ１０ａと給電コイルＬ１０ｂは、コイルに流れる電流によって発生する磁束量を等しくするという観点から、同材質の金属ワイヤから構成し、同じ巻数とするのが好ましい。
【００２５】
選択部ＳＥＬ１００は、複数の給電コイルＬ１０から電力を供給するコイルを選択する機能を有する。具体的には、選択部ＳＥＬ１００は、複数の給電コイルＬ１０から単一の給電コイルを選択する。この選択部ＳＥＬ１００は、４つのスイッチＳＷ１０１〜ＳＷ１０４から構成される切替部ＳＷ１００と、制御部ＣＯＮＴ１００を有する。切替部ＳＷ１００は、駆動部ＩＮＶと給電コイルユニットＬ１の間に配設されている。本実施形態では、駆動部ＩＮＶの一方の端部がスイッチＳＷ１０１およびＳＷ１０３に接続され、駆動部ＩＮＶの他方の端部がスイッチＳＷ１０２およびＳＷ１０４に接続されている。また、給電コイルＬ１０ａの一方の端部がスイッチＳＷ１０１に接続され、給電コイルＬ１０ａの他方の端部がスイッチＳＷ１０２に接続されている。またさらには、給電コイルＬ１０ｂの一方の端部がスイッチＳＷ１０３に接続され、給電コイルＬ１０ｂの他方の端部がスイッチＳＷ１０４に接続されている。本実施形態では、後述する通信部ＣＯＭ１からの信号に基づいて、制御部ＣＯＮＴ１００により切替部ＳＷ１００のスイッチＳＷ１０１〜ＳＷ１０４のＯＮ／ＯＦＦ動作が制御される。具体的には、制御部ＣＯＮＴ１００は、スイッチＳＷ１０１，ＳＷ１０２をＯＮ状態に制御するとき、スイッチＳＷ１０３，ＳＷ１０４をＯＦＦ状態に制御し、スイッチＳＷ１０１，ＳＷ１０２をＯＦＦ状態に制御するとき、スイッチＳＷ１０３，ＳＷ１０４をＯＮ状態に制御する。言い換えると、制御部ＣＯＮＴ１００により、スイッチＳＷ１０１，ＳＷ１０２がＯＮ状態となると、駆動部ＩＮＶから給電コイルＬ１０ａに交流電流が供給され、このときスイッチＳＷ１０３，ＳＷ１０４はＯＦＦ状態であるため、駆動部ＩＮＶから給電コイルＬ１０ｂには交流電流は供給されない。一方、制御部ＣＯＮＴ１００により、スイッチＳＷ１０３，ＳＷ１０４がＯＮ状態となると、駆動部ＩＮＶから給電コイルＬ１０ｂに交流電流が供給され、このときスイッチＳＷ１０１，ＳＷ１０２はＯＦＦ状態であるため、駆動部ＩＮＶから給電コイルＬ１０ａに交流電流は供給されない。つまり、選択部ＳＥＬ１００は、複数の給電コイルＬ１０から電力を供給するコイルを選択し、選択部ＳＥＬ１００により選択されたコイルに駆動部ＩＮＶから電力が供給されることとなる。なお、スイッチＳＷ１０１〜ＳＷ１０４は、メカニカルスイッチのリレーであってもよく、半導体で構成されたスイッチであってもよい。
【００２６】
通信部ＣＯＭ１は、通信部ＣＯＭ２と通信により情報の伝達を行う。具体的には、通信部ＣＯＭ１は、給電コイルユニットＬ１と受電コイルユニットＬ２の相対位置情報を後述する通信部ＣＯＭ２から受け取り、制御部ＣＯＮＴ１００へ信号を伝達する。これにより、制御部ＣＯＮＴ１００は、通信部ＣＯＭ１からの信号に基づいて、給電コイルユニットＬ１の給電コイルＬ１０ａと給電コイルＬ１０ｂのうち、受電コイルユニットＬ２と相対的に近い給電コイルを選択するように、切替部ＳＷ１００のスイッチＳＷ１０１〜ＳＷ１０４のＯＮ／ＯＦＦ状態を制御する。本実施形態では、給電コイルＬ１０ａが給電コイルＬ１０ｂよりも受電コイルユニットＬ２との相対位置が近いために、制御部ＣＯＮＴ１００が、切替部ＳＷ１００のスイッチＳＷ１０１，ＳＷ１０２をＯＮ状態に制御し、スイッチＳＷ１０３，ＳＷ１０４をＯＦＦ状態に制御している。なお、制御部ＣＯＮＴ１００が切替部ＳＷ１００のスイッチＳＷ１０１〜ＳＷ１０４のＯＮ／ＯＦＦ状態を制御する判断基準としては、上述の通信部ＣＯＭ１からの信号に基づく制御に限られるものではなく、例えば、給電装置１００に給電コイルユニットＬ１と受電コイルユニットＬ２との相対位置または磁気的結合を検出する検知センサ（図示しない）からの信号に基づいて制御する構成としてもよい。この場合、給電装置１００と受電装置２００との間の通信を省略できる。
【００２７】
受電装置２００は、受電コイルユニットＬ２と、整流回路ＲＥＣと、負荷Ｒと、通信部ＣＯＭ２を有する。本実施形態のように、非接触電力伝送装置Ｓ１を電気自動車などの移動体への給電設備に適用する場合、受電装置２００は移動体に搭載されることとなる。ここで、受電装置２００が搭載される移動体としては、二次電池の電力を利用する電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）やプラグインハイブリット車（Ｐｌｕｇ−ｉｎ  Ｈｙｂｒｉｄ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）などが挙げられる。
【００２８】
受電コイルユニットＬ２は、給電コイルユニットＬ１から給電された交流電力を非接触にて受電する受電部としての機能を果たす。本実施形態では、受電コイルユニットＬ２は、磁性体Ｌ２ｃに巻線が巻回されて受電コイルＬ２ａが構成されている。磁性体Ｌ２ｃは、略直方体形状を有し、給電コイルと受電コイルの磁気結合が最も高くなるという観点から、磁性体Ｌ２ｃの長手方向の寸法が給電コイルユニットＬ１の磁性体部Ｃの長手方向の寸法と略等しく、磁性体Ｌ２ｃの短手方向の寸法が給電コイルユニットＬ１の磁性体部Ｃの短手方向の寸法と略等しく構成されていると好ましい。この受電コイルユニットＬ２は電気自動車などの車両下部に搭載されることとなる。
【００２９】
整流回路ＲＥＣは、受電コイルユニットＬ２が受電した交流電力を直流電力に整流して負荷Ｒに供給する。整流回路ＲＥＣは、例えば図示しないブリッジダイオードと平滑用キャパシタで構成される。ブリッジダイオードにより受電コイルユニットＬ２から出力された交流電圧は全波整流され、さらに、平滑用キャパシタにより、全波整流された脈流が平滑されて直流電圧となる。ここで負荷Ｒとしては、非接触電力伝送装置Ｓ１を電気自動車などの移動体への給電設備に適用した場合、移動体に搭載される図示されない充電器と、図示されないバッテリーから構成される。充電器は、整流回路ＲＥＣにより整流された直流電力をバッテリーに対して定電流定電圧（ＣＣＣＶ充電）を行うように充電を制御する機能を果たし、バッテリーとしては、電力を蓄える機能を有していれば特に制限されず、例えば二次電池（リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッケル水素電池など）や容量素子（電気二重層キャパシタなど）が挙げられる。
【００３０】
通信部ＣＯＭ２は、給電コイルユニットＬ１と受電コイルユニットＬ２の相対位置を検出して通信部ＣＯＭ１に情報を伝える機能を有している。また、上述の相対位置を検出するセンサは、例えば、給電コイルユニットＬ１の各給電コイルＬ１０ａ，Ｌ１０ｂと受電コイルユニットＬ２との磁気的結合により相対位置を検出する手段であってもよく、カメラ等の光学的な手段を用いて相対位置を検出す手段であってもよい。なお、通信部ＣＯＭ１，ＣＯＭ２は、光に変調をかけた光通信でもよく、超音波に変調をかけた超音波通信でもよく、電波に変調をかけた電波通信でもよい。
【００３１】
このような構成を備えることにより、給電装置１００から受電装置２００に非接触にて電力が伝送される非接触電力伝送装置Ｓ１が実現される。
【００３２】
次に、本発明の第１実施形態に係る非接触電力伝送装置Ｓ１の給電動作を説明する前に、従来の非接触電力伝送装置の給電動作を説明する。従来の非接触電力伝送装置は、本発明の第１実施形態に係る非接触電力伝送装置Ｓ１における給電コイルユニットＬ１および選択部ＳＥＬ１００に代えて給電コイルユニットＬ２０および選択部ＳＥＬ２００を備えている点において相違し、その他の構成は本発明の第１実施形態に係る非接触電力伝送装置Ｓ１と同様である。まず、図３を参照して、従来の非接触電力伝送装置における給電コイルユニットＬ２０と選択部ＳＥＬ２００の構成について説明する。図３は、従来の非接触電力伝送装置における給電コイルユニットと選択部の一部拡大図である。
【００３３】
従来の給電コイルユニットＬ２０は、磁性体部Ｃ２０と、複数の給電コイルＬ２００を有する。磁性体部Ｃ２０は、第１の方向に３つの磁性体Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６が間隔を空けて配置されており、複数の給電コイルＬ２００は、第１の方向に隣り合う給電コイルＬ２００ａと給電コイルＬ２００ｂと給電コイルＬ２００ｃを有する。給電コイルＬ２００ａは、磁性体Ｃ４のみに巻線が巻回されて構成されており、給電コイルＬ２００ａの一方の端部が切替部ＳＷ２００のスイッチＳＷ２０１に接続され、給電コイルＬ２００ａの他方の端部が切替部ＳＷ２００のスイッチＳＷ２０２に接続されている。同様に、給電コイルＬ２００ｂは、磁性体Ｃ５のみに巻線が巻回されて構成されており、給電コイルＬ２００ｂの一方の端部が切替部ＳＷ２００のスイッチＳＷ２０３に接続され、給電コイルＬ２００ｂの他方の端部が切替部ＳＷ２００のスイッチＳＷ２０４に接続されている。同様に、給電コイルＬ２００ｃは、磁性体Ｃ６のみに巻線が巻回されて構成されており、給電コイルＬ２００ｃの一方の端部が切替部ＳＷ２００のスイッチＳＷ２０５に接続され、給電コイルＬ２００ｃの他方の端部が切替部ＳＷ２００のスイッチＳＷ２０６に接続されている。そして、選択部ＳＥＬ２００の制御部ＣＯＮＴ２００により切替部ＳＷ２００のスイッチＳＷ２０１〜ＳＷ２０６のＯＮ／ＯＦＦ動作が制御される。つまり、従来の給電コイルユニットＬ２０は、給電コイルＬ２００ａと給電コイルＬ２００ｂと給電コイルＬ２００ｃとが、巻線が共通して巻回される磁性体を備えない形態である。
【００３４】
続いて、従来の非接触電力伝送装置の給電動作について説明する。ここで、図３中、磁性体Ｃ４の中心線をａ２０、磁性体Ｃ５の中心線をｂ、中心線ａ２０と中心線ｂとの中心線をａ２１、磁性体Ｃ６の中心線をｂ２１、中心線ｂと中心線ｂ２１との中心線をｂ２０とする。また、中心線ｂ２１から中心線ａ２０までの第１の方向における距離を４０（ｃｍ）、中心線ｂを中心とした直線ｃから直線ａまでの第１の方向における距離を８０（ｃｍ）とする。またさらには、受電コイルユニットＬ２における磁性体Ｌ２ｃの中心線をＯとする。
【００３５】
従来の非接触電力伝送装置においては、第１の方向に沿って、給電コイルＬ２００ｃ、給電コイルＬ２００ｂ、給電コイルＬ２００ａの順に受電コイルＬ２ａが対向するように受電装置２００が移動して給電動作が行われると、受電コイルユニットＬ２における磁性体Ｌ２ｃの中心線Ｏが磁性体Ｃ６の中心線ｂ２１から中心線ｂ２０までの範囲に位置するとき、受電コイルＬ２ａと給電コイルＬ２００ｃとの距離が受電コイルＬ２ａと給電コイルＬ２００ｂおよび給電コイルＬ２００ａとの距離よりも相対的に近いため、給電コイルＬ２００ｃが選択されて、制御部ＣＯＮＴ２００により切替部ＳＷ２００のスイッチＳＷ２０５，ＳＷ２０６がＯＮ状態、切替部ＳＷ２００のスイッチＳＷ２０１，ＳＷ２０２，ＳＷ２０３，ＳＷ２０４がＯＦＦ状態となるように制御される。次に、受電コイルユニットＬ２における磁性体Ｌ２ｃの中心線Ｏが中心線ｂ２０を越えて中心線ａ２１までの範囲に位置するとき、受電コイルＬ２ａと給電コイルＬ２００ｂとの距離が受電コイルＬ２ａと給電コイルＬ２００ａおよび給電コイルＬ２００ｃとの距離よりも相対的に近いため、給電コイルＬ２００ｂが選択されて、制御部ＣＯＮＴ２００により切替部ＳＷ２００のスイッチＳＷ２０３，ＳＷ２０４がＯＮ状態、切替部ＳＷ２００のスイッチＳＷ２０１，ＳＷ２０２，ＳＷ２０５，ＳＷ２０６がＯＦＦ状態となるように制御される。次に、受電コイルユニットＬ２における磁性体Ｌ２ｃの中心線Ｏが中心線ａ２１を超えて中心線ａ２０までの範囲に位置するとき、受電コイルＬ２ａと給電コイルＬ２００ａとの距離が、受電コイルＬ２ｂと給電コイルＬ２００ｂおよび給電コイルＬ２００ｃとの距離よりも相対的に近いため、給電コイルＬ２００ａが選択されて、制御部ＣＯＮＴ２００により切替部ＳＷ２００のスイッチＳＷ２０１，ＳＷ２０２がＯＮ状態、切替部ＳＷ２００のスイッチＳＷ２０３，ＳＷ２０４，ＳＷ２０５，ＳＷ２０６がＯＦＦ状態となるように制御される。
【００３６】
このような従来の非接触電力伝送装置の給電動作における非接触電力伝送効率を図４に示す。図４は、従来の非接触電力伝送装置における給電コイルと受電コイルの相対的位置関係に応じた非接触電力伝送効率ηを示す図である。なお、非接触電力伝送効率η〔％〕は、受電装置の負荷が受電する電力〔ｋＷ〕を給電装置の電源が消費する電力〔ｋＷ〕を除算して１００倍したものである。図４に示されるように、受電コイルユニットＬ２における磁性体Ｌ２ｃの中心線Ｏの位置が磁性体Ｃ６の中心線ｂ２１と重なり合うとき、受電コイルＬ２ａと給電コイルＬ２００ｃとの磁気的結合が高いことから非接触電力伝送効率η〔％〕は９０％と高い。受電コイルユニットＬ２における磁性体Ｌ２ｃの中心線Ｏの位置が中心線ｂ２０と重なり合うとき、受電コイルＬ２ａと給電コイルＬ２００ｃとの磁気的結合が低くなることから非接触電力伝送効率η〔％〕は８０％に低下して好ましくない。受電コイルユニットＬ２における磁性体Ｌ２ｃの中心線Ｏの位置が磁性体Ｃ５の中心線ｂと重なり合うとき、受電コイルＬ２ａと給電コイルＬ２００ｂとの磁気的結合が高くなることから非接触電力伝送効率η〔％〕は９０％と高い。受電コイルユニットＬ２における磁性体Ｌ２ｃの中心線Ｏの位置が中心線ａ２１と重なり合うとき、受電コイルＬ２ａと給電コイルＬ２００ｂとの磁気的結合が低くなることから非接触電力伝送効率η〔％〕は８０％に低下して好ましくない。そして、受電コイルユニットＬ２における磁性体Ｌ２ｃの中心線Ｏの位置が磁性体Ｃ４の中心線ａ２０と重なり合うとき、受電コイルＬ２ａと給電コイルＬ２００ａとの磁気的結合が高くなることから非接触電力伝送効率η〔％〕は９０％と高い。このように、従来の非接触電力伝送装置においては、受電コイルＬ２ａが給電コイルＬ２００ａと給電コイルＬ２００ｂと給電コイルＬ２００ｃの間に位置する場合に高い非接触電力伝送効率が維持できないという問題があった。つまり、非接触電力伝送効率は、磁性体Ｃ６の中心線ｂ２１から磁性体Ｃ４の中心線ａ２０までの第１の方向における範囲（４０ｃｍ）において、受電コイルＬ２ａと複数の給電コイルＬ２００との相対的位置関係に大きく依存していることが理解できる。
【００３７】
次に、本発明の第１実施形態に係る非接触電力伝送装置Ｓ１の給電動作を説明する。ここで、図２中、磁性体Ｃ１の中心線をａ１、磁性体Ｃ２の中心線をｂ、中心線ａ１と中心線ｂとの中心線をａ２、磁性体Ｃ３の中心線をｂ２、中心線ｂと中心線ｂ２との中心線をｂ１とする。また、磁性体Ｃ３の中心線ｂ２から磁性体Ｃ１の中心線ａ１までの第１の方向における距離を４０（ｃｍ）、磁性体Ｃ２の中心線ｂを中心とした直線ｃから直線ａまでの第１の方向における距離を８０（ｃｍ）とする。またさらには、受電コイルユニットＬ２における磁性体Ｌ２ｃの中心線をＯとする。
【００３８】
本発明の第１実施形態に係る非接触電力伝送装置Ｓ１においては、第１の方向に沿って、給電コイルＬ１０ｂ、給電コイルＬ１０ａの順に受電コイルＬ２ａが対向するように受電装置２００が移動して給電動作が行われると、受電コイルユニットＬ２における磁性体Ｌ２ｃの中心線Ｏが磁性体Ｃ３の中心線ｂ２から磁性体Ｃ２の中心線ｂまでの範囲に位置するとき、受電コイルＬ２ａと給電コイルＬ１０ｂとの距離が受電コイルＬ２ａと給電コイルＬ１０ａとの距離よりも相対的に近いため、給電コイルＬ１０ｂが選択されて、制御部ＣＯＮＴ１００により切替部ＳＷ１００のスイッチＳＷ１０３、ＳＷ１０４がＯＮ状態、切替部ＳＷ１００のスイッチＳＷ１０１、ＳＷ１０２がＯＦＦ状態となるように制御される。一方、受電コイルユニットＬ２における磁性体Ｌ２ｃの中心線Ｏが磁性体Ｃ２の中心線ｂを越えて磁性体Ｃ１の中心線ａ１までの範囲に位置するとき、受電コイルＬ２ａと給電コイルＬ１０ａとの距離が受電コイルＬ２ａと給電コイルＬ１０ｂとの距離よりも相対的に近いため、給電コイルＬ１０ａが選択されて、制御部ＣＯＮＴ１００により切替部ＳＷ１００のスイッチＳＷ１０１、ＳＷ１０２がＯＮ状態、切替部ＳＷ１００のスイッチ１０３、ＳＷ１０４がＯＦＦ状態となるように制御される。なお、受電コイルユニットＬ２における磁性体Ｌ２ｃの中心線Ｏが磁性体Ｃ２の中心線ｂと重なり合うとき、受電コイルＬ２ａと、給電コイルＬ１０ａと給電コイルＬ１０ｂとの距離が等しいので、給電コイルＬ１０ａと給電コイルＬ１０ｂはどちらが選択されてもよい。
【００３９】
このような本発明の第１実施形態に係る非接触電力伝送装置の給電動作における非接触電力伝送効率を図５に示す。図５は、本発明の第１実施形態に係る非接触電力伝送装置における給電コイルと受電コイルの相対的位置関係に応じた非接触電力伝送効率ηを示す図である。なお、非接触電力伝送効率η〔％〕は、受電装置の負荷が受電する電力〔ｋＷ〕を給電装置の電源が消費する電力〔ｋＷ〕を除算して１００倍したものである。図５に示されるように、受電コイルユニットＬ２における磁性体Ｌ２ｃの中心線Ｏの位置が磁性体Ｃ３の中心線ｂ２と重なり合うとき、受電コイルＬ２ａと給電コイルＬ１０ｂとの磁気的結合が高いことから電力伝送効率η〔％〕は９０％と高い。受電コイルユニットＬ２における磁性体Ｌ２ｃの中心線Ｏの位置が中心線ｂ１と重なり合うとき、受電コイルＬ２ａと給電コイルＬ１０ｂとの磁気的結合が高いことから非接触電力伝送効率η〔％〕は８８．５％と高い。受電コイルユニットＬ２における磁性体Ｌ２ｃの中心線Ｏの位置が磁性体Ｃ２の中心線ｂと重なり合うとき、受電コイルＬ２ａと給電コイルＬ１０ｂとの磁気的結合が高いことから非接触電力伝送効率η〔％〕は９０％と高い。受電コイルユニットＬ２における磁性体Ｌ２ｃの中心線Ｏの位置が中心線ａ２と重なり合うとき、受電コイルＬ２ａと給電コイルＬ１０ｂとの磁気的結合が高いことから非接触電力伝送効率η〔％〕は８８．５％と高い。そして、受電コイルユニットＬ２における磁性体Ｌ２ｃの中心線Ｏの位置が磁性体Ｃ１の中心線ａ１と重なり合うとき、受電コイルＬ２ａと給電コイルＬ１０ａとの磁気的結合が高くなることから非接触電力伝送効率η〔％〕は９０％と高い。このように、本発明の第１実施形態に係る非接触電飾伝送装置において、磁性体Ｃ３の中心線ｂ２から磁性体Ｃ１の中心線ａ１までの第１の方向における範囲（４０ｃｍ）において、受電コイルＬ２ａと複数の給電コイルＬ１０の相対的位置関係に依存せずに高い非接触電力伝送効率を維持できることが理解できる。
【００４０】
以上のように、本実施形態に係る非接触電力伝送装置Ｓ１は、給電コイルユニットＬ１が、第１の方向に少なくとも３つの磁性体Ｃ１〜Ｃ３が間隔を空けて配置される磁性体部Ｃと、磁性体部Ｃの少なくとも２つの磁性体に巻線が巻回されて構成される複数の給電コイルＬ１０と、を備え、第１の方向に隣り合う複数の給電コイルＬ１０は、各給電コイルＬ１０ａ，Ｌ１０ｂの巻線が巻回される磁性体の数よりも少ない数の磁性体に巻線が共通して巻回されている。これにより、各給電コイルＬ１０ａ，Ｌ１０ｂの給電可能な領域の一部を重ねることができる。そのため、給電装置１００から受電装置２００への電力伝送効率が低下する領域を減らし、複数の給電コイルＬ１０における各給電コイルＬ１０ａ，Ｌ１０ｂと受電コイルＬ２ａの相対位置がずれても高い電力伝送効率を維持できる。
【００４１】
また、本実施形態に係る非接触電力伝送装置Ｓ１においては、複数の給電コイルＬ１０の巻線同士は、巻線が共通して巻回される磁性体Ｃ２において、第１の方向と直交する第２の方向に交互に配置されている。そのため、各給電コイルＬ１０ａ，Ｌ１０ｂの給電可能な領域の偏りを抑制することができる。その結果、給電装置１００から受電装置２００への電力伝送効率が低下する領域を一層減らし、複数の給電コイルＬ１０における各給電コイルＬ１０ａ，Ｌ１０ｂと受電コイルＬ２ａの相対位置がずれても、電力伝送効率が維持できる範囲を拡大することができる。
【００４２】
（第１実施形態の変形例）
次に、図６を参照して、本発明の第１実施形態の変形例に係る非接触電力伝送装置の全体構成について説明する。図６は、図２に示した本発明の第１実施形態に係る非接触電力伝送装置における給電コイルユニットと選択部の一部拡大図に相当する、本発明の第１実施形態の変形例に係る非接触電力伝送装置の給電コイルユニットと選択部の一部拡大図である。本変形例では、第１実施形態に係る非接触電力伝送装置Ｓ１における給電コイルユニットＬ１に代えて給電コイルユニットＬ３０を備えている点において相違し、その他の構成は本発明の第１実施形態に係る非接触電力伝送装置Ｓ１と同様である。以下、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００４３】
給電コイルユニットＬ３０は、磁性体部Ｃ３０と、複数の給電コイルＬ３００と、を有する。磁性体部Ｃ３０は、図６に示されるように、第１の方向に４つの磁性体Ｃ７〜Ｃ１０が間隔を空けて配置されている。４つの磁性体Ｃ７〜Ｃ１０は、それぞれ略直方体形状を呈しており、本実施形態では、同一の寸法・形状となっている。また、４つの磁性体Ｃ７〜Ｃ１０は、それぞれ長手方向が第１の方向と直交するとともに、それぞれの長手方向の端部が第１の方向に揃うように配置されている。本実施形態では、第１の方向に、磁性体Ｃ７、磁性体Ｃ８、磁性体Ｃ９、磁性体Ｃ１０がこの順に配置され、磁性体Ｃ７と磁性体Ｃ８との間の間隔、磁性体Ｃ８と磁性体Ｃ９との間の間隔、および磁性体Ｃ９と磁性体Ｃ１０との間の間隔は等しくなっている。つまり、４つの磁性体Ｃ７〜Ｃ１０は、第１の方向に整列配置されていることとなる。これら４つの磁性体Ｃ７〜Ｃ１０を構成する磁性材料としては、フェライト、パーマロイ、珪素鋼板などが挙げられ、空気に対する比透磁率が高ければ高いほど好ましく、例えば、直流初透磁率が１０００以上の磁性材料を用いると好ましい。駆動部ＩＮＶから給電コイルユニットＬ３０に供給される交流電流の周波数が数ｋＨｚ〜数百ｋＨｚの場合は、高周波帯域でのコア損失が小さく、磁性体の発熱を抑制できるという観点から、４つの磁性体Ｃ７〜Ｃ１０を構成する磁性材料はフェライトが好ましく、例えば、直流初透磁率が１５００〜１００００程度、飽和磁束密度が０．３５〜０．４Ｔ程度のＭｎ−Ｚｎフェライトがより好ましい。また、駆動部ＩＮＶから給電コイルユニットＬ３０に供給される交流電流の周波数が５０〜６０Ｈｚ程度の商用周波数の場合は、商用周波数の低周波帯域での磁気飽和が起こりにくいという観点から、４つの磁性体Ｃ７〜Ｃ１０を構成する磁性材料は珪素鋼板が好ましく、例えば、直流初透磁率が１０００〜３０００程度、飽和磁束密度が１．８〜２Ｔ程度の珪素鋼板がより好ましい。なお、本実施形態では、磁性体部Ｃ３０は、４つの磁性体Ｃ７〜Ｃ１０から構成されているがこれに限られず、少なくとも４つの磁性体Ｃ７〜Ｃ１０を備えていればよい。
【００４４】
複数の給電コイルＬ３００は、図６に示されるように、第１の方向に隣り合う給電コイルＬ３００ａと給電コイルＬ３００ｂを有する。具体的には、給電コイルＬ３００ａは、磁性体部Ｃ３０の磁性体Ｃ７，Ｃ８，Ｃ９の３つの磁性体に巻線が巻回されて構成されており、給電コイルＬ３００ｂは、磁性体部Ｃ３０の磁性体Ｃ８，Ｃ９，Ｃ１０の３つの磁性体に巻線が巻回されて構成されている。本実施形態では、給電コイルＬ３００ａと給電コイルＬ３００ｂは、２つの磁性体Ｃ８，Ｃ９に共通して巻線が巻回されている。つまり、給電コイルＬ３００ａおよび給電コイルＬ３００ｂの巻線が巻回される磁性体の数（４つ）よりも給電コイルＬ３００ａの巻線と給電コイルＬ３００ｂの巻線が共通して巻回される磁性体の数（２つ）が少なくなっており、かつ、複数の給電コイルＬ３００の巻線が共通して巻回される磁性体（２つ）を複数備えている。また、給電コイルＬ３００ａと給電コイルＬ３００ｂの巻線同士は、巻線が共通して巻回される磁性体Ｃ８，Ｃ９において、第１の方向と直交する第２の方向に交互に配置されている。つまり、磁性体Ｃ８，Ｃ９において、給電コイルＬ３００ａの巻線と給電コイルＬ３００ｂの巻線は重なり合っておらず、互いに間隔を空けて巻回されている。このとき、磁性体Ｃ８，Ｃ９に巻回される給電コイルＬ３００ａの巻線と給電コイルＬ３００ｂの巻線の間隔は第２の方向に沿って等間隔であると好ましい。この場合、給電コイルＬ３００ａの給電可能な領域と給電コイルＬ３００ｂの給電可能な領域の偏りを抑制することができる。これら給電コイルＬ３００ａおよび給電コイルＬ３００ｂを構成する巻線としては、銅、アルミニウムなどの金属ワイヤを多数本撚り合わせたリッツ線が挙げられる。また、給電コイルＬ３００ａおよび給電コイルＬ３００ｂの巻数は、所望の電力伝送効率に基づいて適宜設定される。なお、給電コイルＬ３００ａと給電コイルＬ３００ｂは、コイルに流れる電流によって発生する磁束量を等しくするという観点から、同材質の金属ワイヤから構成し、同じ巻き数とするのが好ましい。このように構成される給電コイルＬ３００ａ，Ｌ３００ｂは、給電コイルＬ３００ａの一方の端部がスイッチＳＷ１０１に接続され、給電コイルＬ３００ａの他方の端部がスイッチＳＷ１０２に接続され、給電コイルＬ３００ｂの一方の端部がスイッチＳＷ１０３に接続され、給電コイルＬ３００ｂの他方の端部がスイッチＳＷ１０４に接続されている。
【００４５】
次に、本発明の第１実施形態の変形例に係る非接触電力伝送装置の給電動作を説明する。ここで、図６中、磁性体Ｃ７の中心線をａ３０、磁性体Ｃ８の中心線をａ３１、磁性体Ｃ９の中心線をｂ３０、磁性体Ｃ１０の中心線をｂ３１、磁性体Ｃ８の中心線ａ３１と磁性体Ｃ９の中心線ｂ３０との中心線をｂとする。また、磁性体Ｃ１０の中心線ｂ３１から磁性体Ｃ７の中心線ａ３０までの第１の方向における距離を６０（ｃｍ）、中心線ｂを中心とした直線ｃから直線ａまでの第１の方向における距離を８０（ｃｍ）とする。またさらには、受電コイルユニットＬ２における磁性体Ｌ２ｃの中心線をＯとする。
【００４６】
本発明の第１実施形態の変形例に係る非接触電力伝送装置においては、第１の方向に沿って、給電コイルＬ３００ｂ、給電コイルＬ３００ａの順に受電コイルＬ２ａが対向するように受電装置２００が移動して給電動作が行われると、受電コイルユニットＬ２における磁性体Ｌ２ｃの中心線Ｏが磁性体Ｃ１０の中心線ｂ３１から中心線ｂまでの範囲に位置するとき、受電コイルＬ２ａと給電コイルＬ３００ｂとの距離が受電コイルＬ２ａと給電コイルＬ３００ａとの距離よりも相対的に近いため、給電コイルＬ３００ｂが選択されて、制御部ＣＯＮＴ１００により切替部ＳＷ１００のスイッチＳＷ１０３、ＳＷ１０４がＯＮ状態、切替部ＳＷ１００のスイッチＳＷ１０１、ＳＷ１０２がＯＦＦ状態となるように制御される。一方、受電コイルユニットＬ２における磁性体Ｌ２ｃの中心線Ｏが中心線ｂを越えて磁性体Ｃ７の中心線ａ３０までの範囲に位置するとき、受電コイルＬ２ａと給電コイルＬ３００ａとの距離が受電コイルＬ２ａと給電コイルＬ３００ｂとの距離よりも相対的に近いため、給電コイルＬ３００ａが選択されて、制御部ＣＯＮＴ１００により切替部ＳＷ１００のスイッチＳＷ１０１、ＳＷ１０２がＯＮ状態、切替部ＳＷ１００のスイッチＳＷ１０３、ＳＷ１０４がＯＦＦ状態となるように制御される。
【００４７】
このような本発明の第１実施形態の変形例に係る非接触電力伝送装置の給電動作における電力伝送効率を図７に示す。図７は、本発明の第１実施形態の変形例に係る非接触電力伝送装置における給電コイルと受電コイルの相対的位置関係に応じた非接触電力伝送効率ηを示す図である。なお、非接触電力伝送効率η〔％〕は、受電装置の負荷が受電する電力〔ｋＷ〕を給電装置の電源が消費する電力〔ｋＷ〕を除算して１００倍したものである。図７に示されるように、受電コイルユニットＬ２における磁性体Ｌ２ｃの中心線Ｏの位置が磁性体Ｃ１０の中心線ｂ３１と重なり合うとき、受電コイルＬ２ａと給電コイルＬ３００ｂとの磁気的結合が高いことから非接触電力伝送効率η〔％〕は９０％と高い。受電コイルユニットＬ２における磁性体Ｌ２ｃの中心線Ｏの位置が磁性体Ｃ１０の中心線ｂ３１と磁性体Ｃ９の中心線ｂ３０との中間付近では、受電コイルＬ２ａと給電コイルＬ３００ｂとの磁気的結合が高くなることから非接触電力伝送効率η〔％〕は８８％と高い。受電コイルユニットＬ２における磁性体Ｌ２ｃの中心線Ｏの位置が磁性体Ｃ９の中心線ｂ３０と重なり合うとき、受電コイルＬ２ａと給電コイルＬ３００ｂとの磁気的結合が高いことから非接触電力伝送効率η〔％〕は９０％と高い。受電コイルユニットＬ２における磁性体Ｌ２ｃの中心線Ｏの位置が中心線ｂと重なり合うとき、受電コイルＬ２ａと給電コイルＬ３００ｂとの磁気的結合が高くなることから非接触電力伝送効率η〔％〕は８８％と高い。受電コイルユニットＬ２における磁性体Ｌ２ｃの中心線Ｏの位置が磁性体Ｃ８の中心線ａ３１と重なり合うとき、受電コイルＬ２ａと給電コイルＬ３００ａとの磁気的結合が高くなることから非接触電力伝送効率η〔％〕は９０％と高い。受電コイルユニットＬ２における磁性体Ｌ２ｃの中心線Ｏの位置が磁性体Ｃ８の中心線ａ３１と磁性体Ｃ７の中心線ａ３０との中間付近では、受電コイルＬ２ａと給電コイルＬ３００ａとの磁気的結合が高くなることから非接触電力伝送効率η〔％〕は８８％と高い。そして、受電コイルユニットＬ２における磁性体Ｌ２ｃの中心線Ｏの位置が磁性体Ｃ７の中心線ａ３０と重なり合うとき、受電コイルＬ２ａと給電コイルＬ３００ａとの磁気的結合が高くなることから非接触電力伝送効率η〔％〕は９０％と高い。このように、本発明の第１実施形態の変形例に係る非接触電飾伝送装置において、受電コイルＬ２ａと複数の給電コイルＬ３００の相対的位置関係に依存せずに、磁性体Ｃ１０の中心線ｂ３１から第１の方向に沿って磁性体Ｃ７の中心線ａ３０までの拡大された給電領域において、高い電力伝送効率を維持できることが理解できる。
【００４８】
以上のように、本変形例に係る非接触電力伝送装置は、給電コイルユニットＬ３０が、第１の方向に４つの磁性体Ｃ７〜Ｃ１０が間隔を空けて配置される磁性体部Ｃ３０と、磁性体部Ｃ３０の３つの磁性体に巻線が巻回されて構成される複数の給電コイルＬ３００と、を備え、第１の方向に隣り合う複数の給電コイルＬ３００は、各給電コイルＬ３００ａ，Ｌ３００ｂの巻線が巻回される磁性体の数よりも少ない数の磁性体に巻線が共通して巻回されている。これにより、各給電コイルＬ３００ａ，Ｌ３００ｂの給電可能な領域の一部を重ねることができる。そのため、給電装置１００から受電装置２００への電力伝送効率が低下する領域を減らし、複数の給電コイルＬ３００における各給電コイルＬ３００ａ，Ｌ３００ｂと受電コイルＬ２ａの相対位置がずれても高い電力伝送効率を維持できる。
【００４９】
また、本変形例に係る非接触電力伝送装置においては、複数の給電コイルＬ３００の巻線同士は、巻線が共通して巻回される磁性体Ｃ８において、第１の方向と直交する第２の方向に交互に配置されている。そのため、各給電コイルＬ３００ａ，Ｌ３００ｂの給電可能な領域の偏りを抑制することができる。その結果、給電装置１００から受電装置２００への電力伝送効率が低下する領域を一層減らし、複数の給電コイルＬ３００における各給電コイルＬ３００ａ，Ｌ３００ｂと受電コイルＬ２ａの相対位置がずれても、電力伝送効率が維持できる範囲を拡大することができる。
【００５０】
（第２実施形態）
次に、図８を参照して、本発明の第２実施形態に係る非接触電力伝送装置の全体構成について説明する。図８は、図２に示した本発明の第１実施形態に係る非接触電力伝送装置における給電コイルユニットと選択部の一部拡大図に相当する、本発明の第２実施形態に係る非接触電力伝送装置の給電コイルユニットと選択部の一部拡大図である。本実施形態では、本発明の第１実施形態に係る非接触電力伝送装置Ｓ１における給電コイルユニットＬ１に代えて給電コイルユニットＬ４０を備えている点において相違し、その他の構成は本発明の第１実施形態に係る非接触電力伝送装置Ｓ１と同様である。以下、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００５１】
給電コイルユニットＬ４０は、磁性体部Ｃ４０と、複数の給電コイルＬ４００と、を有する。磁性体部Ｃ４０は、図８に示されるように、第１の方向に５つの磁性体Ｃ１１〜Ｃ１５が間隔を空けて配置されている。５つの磁性体Ｃ１１〜Ｃ１５は、それぞれ略直方体形状を呈しており、本実施形態では、同一の寸法・形状となっている。また、５つの磁性体Ｃ１１〜Ｃ１５は、それぞれ長手方向が第１の方向と直交するとともに、それぞれの長手方向の端部が第１の方向に揃うように配置されている。本実施形態では、第１の方向に、磁性体Ｃ１１、磁性体Ｃ１２、磁性体Ｃ１３、磁性体Ｃ１４、磁性体Ｃ１５がこの順に配置され、磁性体Ｃ１１と磁性体Ｃ１２との間の間隔、磁性体Ｃ１２と磁性体Ｃ１３との間の間隔、磁性体Ｃ１３と磁性体Ｃ１４との間の間隔および磁性体Ｃ１４と磁性体Ｃ１５との間の間隔は等しくなっている。つまり、５つの磁性体Ｃ１１〜Ｃ１５は、第１の方向に整列配置されていることとなる。これら５つの磁性体Ｃ１１〜Ｃ１５を構成する磁性材料としては、フェライト、パーマロイ、珪素鋼板などが挙げられ、空気に対する比透磁率が高ければ高いほど好ましく、例えば、直流初透磁率が１０００以上の磁性材料を用いると好ましい。駆動部ＩＮＶから給電コイルユニットＬ４０に供給される交流電流の周波数が数ｋＨｚ〜数百ｋＨｚの場合は、高周波帯域でのコア損失が小さく、磁性体の発熱を抑制できるという観点から、５つの磁性体Ｃ１１〜Ｃ１５を構成する磁性材料はフェライトが好ましく、例えば、直流初透磁率が１５００〜１００００程度、飽和磁束密度が０．３５〜０．４Ｔ程度のＭｎ−Ｚｎフェライトがより好ましい。また、駆動部ＩＮＶから給電コイルユニットＬ４０に供給される交流電流の周波数が５０〜６０Ｈｚ程度の商用周波数の場合は、商用周波数の低周波帯域での磁気飽和が起こりにくいという観点から、５つの磁性体Ｃ１１〜Ｃ１５を構成する磁性材料は珪素鋼板が好ましく、例えば、直流初透磁率が１０００〜３０００程度、飽和磁束密度が１．８〜２Ｔ程度の珪素鋼板がより好ましい。なお、本実施形態では、磁性体部Ｃ４０は、５つの磁性体Ｃ１１〜Ｃ１５から構成されているがこれに限られず、少なくとも５つの磁性体Ｃ１１〜Ｃ１５を備えていればよい。
【００５２】
複数の給電コイルＬ４００は、図８に示されるように、第１の方向に隣り合う給電コイルＬ４００ａと給電コイルＬ４００ｂを有する。具体的には、給電コイルＬ４００ａは、磁性体部Ｃ４０の磁性体Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１３の３つの磁性体に巻線が巻回されて構成されており、給電コイルＬ４００ｂは、磁性体部Ｃ４０の磁性体Ｃ１３，Ｃ１４，Ｃ１５の３つの磁性体に巻線が巻回されて構成されている。本実施形態では、給電コイルＬ４００ａと給電コイルＬ４００ｂは、１つの磁性体Ｃ１３に共通して巻線が巻回されている。つまり、給電コイルＬ４００ａおよび給電コイルＬ４００ｂの巻線が巻回される磁性体の数（５つ）よりも給電コイルＬ４００ａの巻線と給電コイルＬ４００ｂの巻線が共通して巻回される磁性体の数（１つ）が少なくなっている。加えて、本実施形態では、給電コイルＬ４００ａの巻線のみが巻回される磁性体としては２つの磁性体Ｃ１１，Ｃ１２であり、給電コイルＬ４００ｂの巻線のみが巻回される磁性体としては２つの磁性体Ｃ１４，Ｃ１５である。つまり、第１の方向に隣り合う複数の給電コイルＬ４００ａ，Ｌ４００ｂは、一方の給電コイルＬ４００ａの巻線のみが巻回される磁性体の数（２つ）が、一方の給電コイルＬ４００ａの巻線と他方の給電コイルＬ４００ｂの巻線が共通して巻回される磁性体の数（１つ）よりも多くなっており、他方の給電コイルＬ４００ｂの巻線のみが巻回される磁性体の数（２つ）が、一方の給電コイルＬ４００ａの巻線と他方の給電コイルＬ４００ｂの巻線が共通して巻回される磁性体の数（１つ）よりも多くなっている。また、給電コイルＬ４００ａと給電コイルＬ４００ｂの巻線同士は、巻線が共通して巻回される磁性体Ｃ１３において、第１の方向と直交する第２の方向に交互に配置されている。つまり、磁性体Ｃ１３において、給電コイルＬ４００ａの巻線と給電コイルＬ４００ｂの巻線は重なり合っておらず、互いに間隔を空けて巻回されている。このとき、磁性体Ｃ１３に巻回される給電コイルＬ４００ａの巻線と給電コイルＬ４００ｂの巻線の間隔は第２の方向に沿って等間隔であると好ましい。この場合、給電コイルＬ４００ａの給電可能な領域と給電コイルＬ４００ｂの給電可能な領域の偏りを抑制することができる。これら給電コイルＬ４００ａおよび給電コイルＬ４００ｂを構成する巻線としては、銅、アルミニウムなどの金属ワイヤを多数本撚り合わせたリッツ線が挙げられる。また、給電コイルＬ４００ａおよび給電コイルＬ４００ｂの巻数は、所望の電力伝送効率に基づいて適宜設定される。なお、給電コイルＬ４００ａと給電コイルＬ４００ｂは、コイルに流れる電流によって発生する磁束量を等しくするという観点から、同材質の金属ワイヤから構成し、同じ巻き数とするのが好ましい。このように構成される給電コイルＬ４００ａ，Ｌ４００ｂは、給電コイルＬ４００ａの一方の端部がスイッチＳＷ１０１に接続され、給電コイルＬ４００ａの他方の端部がスイッチＳＷ１０２に接続され、給電コイルＬ４００ｂの一方の端部がスイッチＳＷ１０３に接続され、給電コイルＬ４００ｂの他方の端部がスイッチＳＷ１０４に接続されている。
【００５３】
次に、本発明の第２実施形態に係る非接触電力伝送装置の給電動作を説明する。ここで、図８中、磁性体Ｃ１１の中心線をａ、磁性体Ｃ１２の中心線をａ４０、磁性体Ｃ１３の中心線をｂ、磁性体Ｃ１４の中心線をｂ４０、磁性体Ｃ１５の中心線をｃとする。また、中心線ｂを中心とした中心線ｃから中心線ａまでの第１の方向における距離を８０（ｃｍ）とする。また、受電コイルユニットＬ２における磁性体Ｌ２ｃの中心線をＯとする。
【００５４】
本発明の第２実施形態に係る非接触電力伝送装置においては、第１の方向に沿って、給電コイルＬ４００ｂ、給電コイルＬ４００ａの順に受電コイルＬ２ａが対向するように受電装置２００が移動して給電動作が行われると、受電コイルユニットＬ２における磁性体Ｌ２ｃの中心線Ｏが磁性体Ｃ１５の中心線ｃから磁性体Ｃ１３の中心線ｂまでの範囲に位置するとき、受電コイルＬ２ａと給電コイルＬ４００ｂとの距離が受電コイルＬ２ａと給電コイルＬ４００ａとの距離よりも相対的に近いため、給電コイルＬ４００ｂが選択されて、制御部ＣＯＮＴ１００により切替部ＳＷ１００のスイッチＳＷ１０３，ＳＷ１０４がＯＮ状態、切替部ＳＷ１００のスイッチＳＷ１０１，ＳＷ１０２がＯＦＦ状態となるように制御される。一方、受電コイルユニットＬ２における磁性体Ｌ２ｃの中心線Ｏが磁性体Ｃ１３の中心線ｂを越えて磁性体Ｃ１１の中心線ａまでの範囲に位置するとき、受電コイルＬ２ａと給電コイルＬ４００ａとの距離が受電コイルＬ２ａと給電コイルＬ４００ｂとの距離よりも相対的に近いため、給電コイルＬ４００ａが選択されて、制御部ＣＯＮＴ１００により切替部ＳＷ１００のスイッチＳＷ１０１，ＳＷ１０２がＯＮ状態、切替部ＳＷ１００のスイッチＳＷ１０３、ＳＷ１０４がＯＦＦ状態となるように制御される。なお、受電コイルユニットＬ２における磁性体Ｌ２ｃの中心線Ｏが磁性体Ｃ１３の中心線ｂと重なり合うとき、受電コイルＬ２ａと、給電コイルＬ４００ａと給電コイルＬ４００ｂとの距離が等しいので、給電コイルＬ４００ａと給電コイルＬ４００ｂはどちらが選択されてもよい。
【００５５】
このような本発明の第２実施形態に係る非接触電力伝送装置の給電動作における非接触電力伝送効率を図９に示す。図９は、本発明の第２実施形態に係る非接触電力伝送装置における給電コイルと受電コイルの相対的位置関係に応じた非接触電力伝送効率ηを示す図である。なお、非接触電力伝送効率η〔％〕は、受電装置の負荷が受電する電力〔ｋＷ〕を給電装置の電源が消費する電力〔ｋＷ〕を除算して１００倍したものである。図９に示されるように、受電コイルユニットＬ２における磁性体Ｌ２ｃの中心線Ｏの位置が磁性体Ｃ１５の中心線ｃと重なり合うとき、受電コイルＬ２ａと給電コイルＬ４００ｂとの磁気的結合が高いことから非接触電力伝送効率η〔％〕は９０％と高い。磁性体Ｃ１５の中心線ｃと磁性体Ｃ１４の中心線ｂ４０との中間付近では、受電コイルＬ２ａと給電コイルＬ４００ｂとの磁気的結合が高いことから非接触電力伝送効率η〔％〕は８８％と高い。受電コイルユニットＬ２における磁性体Ｌ２ｃの中心線Ｏの位置が磁性体Ｃ１４の中心線ｂ４０と重なり合うとき、受電コイルＬ２ａと給電コイルＬ４００ｂとの磁気的結合が高いことから非接触電力伝送効率η〔％〕は９０％と高い。磁性体Ｃ１４の中心線ｂ４０と磁性体Ｃ１３の中心線ｂとの中間付近では、受電コイルＬ２ａと給電コイルＬ４００ｂとの磁気的結合が高いことから非接触電力伝送効率η〔％〕は８８％と高い。受電コイルユニットＬ２における磁性体Ｌ２ｃの中心線Ｏの位置が磁性体Ｃ１３の中心線ｂと重なり合うとき、受電コイルＬ２ａと給電コイルＬ４００ｂとの磁気的結合が高くなることから非接触電力伝送効率η〔％〕は９０％と高い。磁性体Ｃ１３の中心線ｂと磁性体Ｃ１２の中心線ａ４０との中間付近では、受電コイルＬ２ａと給電コイルＬ４００ａとの磁気的結合が高くなることから非接触電力伝送効率η〔％〕は８８％と高い。受電コイルユニットＬ２における磁性体Ｌ２ｃの中心線Ｏの位置が磁性体Ｃ１２の中心線ａ４０と重なり合うとき、受電コイルＬ２ａと給電コイルＬ４００ａとの磁気的結合が高くなることから非接触電力伝送効率η〔％〕は９０％と高い。磁性体Ｃ１２の中心線ａ４０と磁性体Ｃ１１の中心線ａとの中間付近では、受電コイルＬ２ａと給電コイルＬ４００ａとの磁気的結合が高くなることから非接触電力伝送効率η〔％〕は８８％と高い。そして、受電コイルユニットＬ２における磁性体Ｌ２ｃの中心線Ｏの位置が磁性体Ｃ１１の中心線ａと重なり合うとき、受電コイルＬ２ａと給電コイルＬ４００ａとの磁気的結合が高くなることから電力伝送効率η〔％〕は９０％と高い。このように、本発明の第２実施形態に係る非接触電力伝送装置において、受電コイルＬ２ａと複数の給電コイルＬ４００の相対的位置関係に依存せずに、磁性体Ｃ１５の中心線ｃから磁性体Ｃ１１の中心線ａまで第１の方向に沿って、８０（ｃｍ）という給電範囲まで拡大することが可能となり、高い電力伝送効率を維持できることが理解できる。
【００５６】
以上のように、本実施形態に係る非接触電力伝送装置は、給電コイルユニットＬ４０が、第１の方向に５つの磁性体Ｃ１１〜Ｃ１５が間隔を空けて配置される磁性体部Ｃ４０と、磁性体部Ｃ４０の３つの磁性体に巻線が巻回されて構成される複数の給電コイルＬ４００と、を備え、第１の方向に隣り合う複数の給電コイルＬ４００は、各給電コイルＬ４００ａ，Ｌ４００ｂの巻線が巻回される磁性体の数よりも少ない数の磁性体に巻線が共通して巻回されている。これにより、各給電コイルＬ４００ａ，Ｌ４００ｂの給電可能な領域の一部を重ねることができる。そのため、給電装置１００から受電装置２００への電力伝送効率が低下する領域を減らし、複数の給電コイルＬ４００における各給電コイルＬ４００ａ，Ｌ４００ｂと受電コイルＬ２ａの相対位置がずれても高い電力伝送効率を維持できる。
【００５７】
また、本実施形態に係る非接触電力伝送装置においては、複数の給電コイルＬ４００の巻線同士は、巻線が共通して巻回される磁性体Ｃ１３において、第１の方向と直交する第２の方向に交互に配置されている。そのため、各給電コイルＬ４００ａ，Ｌ４００ｂの給電可能な領域の偏りを抑制することができる。その結果、給電装置１００から受電装置２００への電力伝送効率が低下する領域を一層減らし、複数の給電コイルＬ４００における各給電コイルＬ４００ａ，Ｌ４００ｂと受電コイルＬ２ａの相対位置がずれても、電力伝送効率が維持できる範囲を拡大することができる。
【００５８】
さらに、本実施形態に係る非接触電力伝送装置においては、第１の方向に隣り合う複数の給電コイルＬ４００は、一方の給電コイルＬ４００ａの巻線のみが巻回される磁性体の数が、一方の給電コイルＬ４００ａの巻線と他方の給電コイルＬ４００ｂの巻線が共通して巻回される磁性体の数より多くなっている。これにより、各給電コイルＬ４００ａ，Ｌ４００ｂの給電可能な領域をより拡大することができる。そのため、給電装置１００から受電装置２００への電力伝送効率が低下する領域を減らし、複数の給電コイルＬ４００における各給電コイルＬ４００ａ，Ｌ４００ｂと受電コイルＬ２ａの相対位置がずれても、電力伝送効率が維持できる範囲を拡大することができる。
【００５９】
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。
【００６０】
上述した実施形態では、複数の給電コイルおよび受電コイルは、各コイルの軸が地面に対して平行となるように配置されていたがこれに限られない。例えば、図１０に示すように、複数の給電コイルおよび受電コイルの各コイルの軸が地面に対して直交する（鉛直方向）ように配置してもよい。図１０は、本発明の他の応用例に係る非接触電力伝送装置の概略図である。なお、図１０においては、説明の便宜上、給電装置は給電コイルユニット、受電装置は受電コイルユニットのみを図示している。図１０に示す非接触電力伝送装置Ｓ５０では、給電コイルユニットＬ５００が、長手方向が地面に対して直交し、第１の方向に間隔を空けて配置された５つの磁性体Ｃ１６〜Ｃ２０を有する磁性体部Ｃ５０と、磁性体Ｃ１６〜Ｃ１８に巻線が巻回されて構成された給電コイルＬ５００ａと磁性体Ｃ１８〜Ｃ２０に巻線が巻回されて構成された給電コイルＬ５００ｂを有する複数の給電コイルＬ５００を備え、受電コイルユニットＬ５０が、長手方向が地面に対して直交する磁性体Ｌ５０ｃと、磁性体Ｌ５０ｃに巻線が巻回されて構成された受電コイルＬ５０ａを備えている。本例においても、第１の方向に隣り合う複数の給電コイルＬ５００は、各給電コイルＬ５００ａ，Ｌ５００ｂの巻線が巻回される磁性体の数よりも少ない数の磁性体に巻線が共通して巻回されているため、上述した実施形態と同様、給電装置から受電装置への電力伝送効率が低下する領域を減らし、複数の給電コイルＬ５００における各給電コイルＬ５００ａ，Ｌ５００ｂと受電コイルＬ５０ａの相対位置がずれても高い電力伝送効率を維持できるという効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００６１】
Ｓ１，Ｓ５０…非接触電力伝送装置、１００…給電装置、２００…受電装置、ＶＧ…電源、ＩＮＶ…駆動部、ＳＥＬ１００，ＳＥＬ２００…選択部、Ｌ１，Ｌ２０，Ｌ３０，Ｌ４０，Ｌ５００…給電コイルユニット、Ｌ１０ａ，Ｌ１０ｂ，Ｌ２００ａ，Ｌ２００ｂ，Ｌ２００ｃ，Ｌ３００ａ，Ｌ３００ｂ，Ｌ４００ａ，Ｌ４００ｂ，Ｌ５００ａ，Ｌ５００ｂ…給電コイル、Ｃ，Ｃ２０，Ｃ３０，Ｃ４０，Ｃ５０…磁性体部、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６，Ｃ７，Ｃ８，Ｃ９，Ｃ１０，Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１３，Ｃ１４，Ｃ１５，Ｃ１６，Ｃ１７，Ｃ１８，Ｃ１９，Ｃ２０，Ｌ２ｃ，Ｌ５０ｃ…磁性体、Ｌ２，Ｌ５０…受電コイルユニット、Ｌ２ａ，Ｌ５０ａ…受電コイル、ＲＥＣ…整流回路、Ｒ…負荷、ＳＷ１００，ＳＷ２００…切替部、ＳＷ１０１，ＳＷ１０２，ＳＷ１０３，ＳＷ１０４，ＳＷ２０１，ＳＷ２０２，ＳＷ２０３，ＳＷ２０４，ＳＷ２０５，ＳＷ２０６…スイッチ、ＣＯＮＴ１００，ＣＯＮＴ２００…制御部、ＣＯＭ１，ＣＯＭ２…通信部。
【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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