(57)【要約】【課題】共振コンデンサ部にかかる電圧を低減可能な電力伝送システム、送電装置及び受電装置を提供する。【解決手段】一実施形態に係る電力伝送システム２は、送電コイル部２３Ａと送電側共振コンデンサ部２５Ａと、を含む送電ユニット１７Ａと、受電コイル部２３Ｂと受電側共振コンデンサ部２５Ｂとを有する受電ユニット１７Ｂとを備える。送電コイル部及び受電コイル部が有する送電コア３１Ａ及び受電コア３１Ｂは、送電コイル導体３３Ａ及び受電コイル導体３３Ｂが巻回される送電側基体部３５Ａ及び受電側基体部３５Ｂと、送電側基体部及び受電側基体部において送電コイル部及び受電コイル部の中心軸線Ｃ１，Ｃ２上の両端部にそれぞれ設けられており、中心軸線と、送電コイル部及び受電コイル部の対向方向とに直交する方向に延在しており、直交する方向の幅が送電側基体部及び受電側基体部の幅より広い送電側幅広部３７Ａ及び受電側幅広部３７Ｂとを有する。【選択図】図３
2013172500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送電コイル部に対向して配置される受電コイル部に前記送電コイル部から非接触で電力を伝送する電力伝送システムであって、
送電コアに送電コイル導体が巻回された前記送電コイル部と、前記送電コイル部に直列接続される送電側共振コンデンサ部と、を含む送電ユニットと、
受電コアに受電コイル導体が巻回された前記受電コイル部であって、前記受電コイル部の中心軸線が、前記送電コイル部の中心軸線の延在方向である第１の方向に延在する前記受電コイル部と、前記受電コイル部に直列接続される受電側共振コンデンサ部と、を含む受電ユニットと、
を備え、
前記送電コアは、
前記送電コイル導体が巻回される送電側基体部と、
前記送電側基体部において前記送電コイル部の前記第１の方向上の両端部にそれぞれ設けられる送電側幅広部であって、前記第１の方向と、前記送電コイル部及び前記受電コイル部の対向方向とに直交する第２の方向に延在しており、前記第２の方向における幅が前記送電側基体部の幅より広い前記送電側幅広部と、
を有し、
前記受電コアは、
前記受電コイル導体が巻回される受電側基体部と、
前記受電側基体部において前記受電コイル部の前記第１の方向上の両端部にそれぞれ設けられる受電側幅広部であって、前記第２の方向の幅が前記受電側基体部の幅より広い受電側幅広部と、
を有する、
ことを特徴とする、電力伝送システム。
【請求項２】
前記送電側幅広部は、前記第２の方向において前記送電側基体部の両側から外側に向けて突出しており、
前記受電側幅広部は、前記第２の方向において前記受電側基体部の両側から外側に向けて突出している、
請求項１記載の電力伝送システム。
【請求項３】
前記送電側幅広部は、前記送電側基体部より前記受電コイル部側に肉厚であり、
前記受電側幅広部は、前記受電側基体部より前記送電コイル部側に肉厚である、
請求項１又は２記載の電力伝送システム。
【請求項４】
受電コイル部に非接触で電力を送電する送電装置であって、
前記受電コイル部に対向して配置されると共に、送電コアに送電コイルが巻回された送電コイル部と、
前記送電コイル部に直列接続される送電側共振コンデンサ部と、
を備え、
前記送電コアは、
前記送電コイル導体が巻回される送電側基体部と、
前記送電側基体部において前記送電コイル部の中心軸線上の両端部にそれぞれ設けられる送電側幅広部であって、前記中心軸線の延在する方向である第１の方向と、前記送電コイル部と前記受電コイル部の対向方向とに直交する第２の方向に延在しており、前記第２の方向の幅が前記送電側基体部の幅より広い送電側幅広部と、
を有する、
ことを特徴とする送電装置。
【請求項５】
送電コイル部から非接触で伝送される電力を受ける受電装置であって、
前記送電コイル部に対向して配置されると共に、受電コアに受電コイルが巻回された受電コイル部と、
前記受電コイル部に直列接続される受電側共振コンデンサ部と、
を備え、
前記受電コアは、
前記受電コイル導体が巻回される受電側基体部と、
前記受電側基体部において前記受電コイル部の中心軸線上の両端部にそれぞれ設けられる受電側幅広部であって、前記中心軸線の延在する方向である第１の方向と、前記送電コイル部と前記受電コイル部の対向方向とに直交する第２の方向に延在しており、前記第２の方向の幅が前記受電側基体部の幅より広い受電側幅広部と、
を有する、
ことを特徴とする受電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力伝送システム、送電装置及び受電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力伝送システムとして、電磁誘導を利用して送電コイルから受電コイルに非接触で電力を伝送するシステムが知られている。このような電磁誘導を利用する技術では、送電コイル及び受電コイルに対してそれぞれ共振用の共振コンデンサ部を電気的に接続することによって、共振現象を利用する（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】野口真伍、長塚裕一、金子裕良、阿部茂、保田富夫、鈴木明、「電気自動車用小型非接触給電トランスの長ギャップ特性」、電気学会産業応用部門大会講演論文集、２０１０年、２０１０号、第２頁  II.259-II262
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非接触の電力伝送において、共振現象を利用する場合、より長い距離を電力伝送できる一方、共振コンデンサ部に大きな電圧が印加される傾向になる。印加される大きな電圧に対応するために、共振コンデンサ部を複数のコンデンサから構成することが考えられる。しかしながら、共振コンデンサ部にかかる電圧が大きくなれば、コンデンサの数が増加し、電力伝送システムにおける送電側の構成及び受電側の構成が大型化する恐れがあった。
【０００５】
そこで、本発明は、共振コンデンサ部にかかる電圧を低減可能な電力伝送システム、送電装置及び受電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】
【０００６】
本発明に係る電力伝送システムは、送電コイル部に対向して配置される受電コイル部に送電コイル部から非接触で電力を伝送する電力伝送システムであって、送電コアに送電コイル導体が巻回された送電コイル部と、送電コイル部に直列接続される送電側共振コンデンサ部と、を含む送電ユニットと、受電コアに受電コイル導体が巻回された受電コイル部であって、受電コイル部の中心軸線が送電コイル部の中心軸線の延在方向である第１の方向に延在する受電コイル部と、受電コイル部に直列接続される受電側共振コンデンサ部と、を含む受電ユニットと、を備える。送電コアは、送電コイル導体が巻回される送電側基体部と、送電側基体部において送電コイル部の第１の方向上の両端部にそれぞれ設けられる送電側幅広部であって、第１の方向と、送電コイル部及び受電コイル部の対向方向とに直交する第２の方向に延在しており、第２の方向における幅が送電側基体部の幅より広い送電側幅広部と、を有する。受電コアは、受電コイル導体が巻回される受電側基体部と、受電側基体部において受電コイル部の第１の方向上の両端部にそれぞれ設けられる受電側幅広部であって、第２の方向の幅が受電側基体部の幅より広い受電側幅広部と、を有する。
【０００７】
この構成では、送電コイル部の送電コイル導体に例えば交流電圧が印加されると、送電コイル導体に流れる電流によって磁界が生成される。この磁界によって、受電コアに巻回された受電コイルに誘導起電力が生じる。従って、送電コイル部側に供給される交流電圧に対応した電力が、送電コイル部から受電コイル部側に伝送される。送電ユニットは、送電コイル部に直列接続された送電側共振コンデンサ部を有すると共に、受電ユニットは、受電コイル部に直列接続された受電側共振コンデンサ部とを有するので、上記電力伝送は、共振現象を利用した電力伝送である。その結果、より長い距離を電力伝送できる。送電コア及び受電コアは、送電側基体部と受電側基体部それぞれの両端部に送電側幅広部及び受電側幅広部を備えている。電力が伝送される場合、送電コア及び受電コアに磁束が生じているが、送電側幅広部及び受電側幅広部が磁束の放出口又は吸入口として機能する。このように磁束の放出口及び吸入口が、送電側基体部と受電側基体部より幅広で大きくなっていることから、電力伝送時の結合係数が増加する。このように、結合係数が増加すれば、送電側共振コンデンサ部及び受電側共振コンデンサ部にかかる電圧を低減可能である。
【０００８】
上記送電側幅広部は、第２の方向において送電側基体部の両側から外側に向けて突出しており、受電側幅広部は、第２の方向において受電側基体部の両側から外側に向けて突出していてもよい。
【０００９】
この場合、第２の方向における送電コイル部と受電コイル部との位置ズレの許容範囲が大きくなる。
【００１０】
上記送電側幅広部は、送電側基体部より受電コイル部側に肉厚であってもよく、受電側幅広部は、受電側基体部より送電コイル部側に肉厚であってもよい。
【００１１】
この構成では、送電コア及び受電コアの第１の方向における両端部は、送電コア及び受電コアの相対する方向にそれぞれ屈曲する。その結果、送電コア及び受電コアに磁束が生じている場合、磁束の向きが送電コア及び受電コアの相対する方向に向きやすいので、結合係数が更に増加しやすい。
【００１２】
本発明の他の側面は、受電コイル部に非接触で電力を送電する送電装置に係る。この送電装置は、受電コイル部に対向して配置されると共に、送電コアに送電コイルが巻回された送電コイル部と、送電コイル部に直列接続される送電側共振コンデンサ部と、を備える。送電コアは、送電コイル導体が巻回される送電側基体部と、送電側基体部において送電コイル部の中心軸線上の両端部にそれぞれ設けられる送電側幅広部であって、中心軸線の延在する方向である第１の方向と、送電コイル部と受電コイル部の対向方向とに直交する第２の方向に延在しており、第２の方向の幅が送電側基体部の幅より広い送電側幅広部と、を有する。
【００１３】
この構成では、送電コイル部の送電コイル導体に例えば交流電圧が印加されると、送電コイル導体に流れる電流によって磁界が生成される。この磁界によって、受電コイル部に誘導起電力が生じる。従って、送電コイル部側に供給される交流電圧に対応した電力が、送電コイル部から離れた受電コイル部側に伝送される。送電装置は、送電コイル部に直列接続された送電側共振コンデンサ部を有するので、上記電力伝送は、共振現象を利用した電力伝送である。その結果、より長い距離を電力伝送できる。送電コアは、送電側基体部の両端部に送電側幅広部を備えている。電力が伝送される場合、送電コアに磁束が生じているが、送電側幅広部が磁束の放出口又は吸入口として機能する。このように磁束の放出口又は吸入口が、送電側基体部より幅広で大きくなっていることから、電力伝送時の結合係数が増加する。結合係数が増加すれば、送電側共振コンデンサ部にかかる電圧を低減可能である。
【００１４】
本発明の更に他の側面は、送電コイル部から非接触で伝送される電力を受ける受電装置に係る。この受電装置は、送電コイル部に対向して配置されると共に、受電コアに受電コイルが巻回された受電コイル部と、受電コイル部に直列接続される受電側共振コンデンサ部と、を備える。受電コアは、受電コイル導体が巻回される受電側基体部と、受電側基体部において受電コイル部の中心軸線上の両端部にそれぞれ設けられる受電側幅広部であって、中心軸線の延在方向である第１の方向と、送電コイル部と受電コイル部の対向方向とに直交する第２の方向に延在しており、第２の方向の幅が受電側基体部の幅より広い受電側幅広部と、を有する。
【００１５】
この構成では、送電コイル部に例えば交流電圧が供給されることによって磁界が生成されると、この磁界によって、受電コイル部に誘導起電力が生じる。従って、送電コイル部側に供給される交流電圧に対応した電力が、送電コイル部から離れた受電コイル部側に伝送される。受電装置は、受電コイル部に直列接続された受電側共振コンデンサ部を有するので、上記電力伝送は、共振現象を利用した電力伝送である。その結果、より長い距離を電力伝送できる。受電コアは、受電側基体部の両端部に受電側幅広部を備えている。電力が伝送される場合、受電コアに磁束が生じているが、受電側幅広部が磁束の放出口又は吸入口として機能する。このように磁束の放出口又は吸入口が、受電側基体部より幅広で大きくなっていることから、電力伝送時の結合係数が増加する。結合係数が増加すれば、受電側共振コンデンサ部にかかる電圧を低減可能である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、共振コンデンサ部にかかる電圧を低減可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】一実施形態に係る電力伝送システムを適用した充電システムの概略構成を示す図面である。
【図２】一実施形態に係る電力伝送システムの概略構成を示す図面である。
【図３】図２に示した送電コイル部及び受電コイル部の斜視図である。
【図４】送電コイル部及び受電コイル部の他の実施形態を示す斜視図である。
【図５】比較用のシミュレーションモデルを示す斜視図である。
【図６】シミュレーション結果を示す図表である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。説明中、「上」、「下」等の方向を示す語は、図面に示された状態に基づいた便宜的な語である。
【００１９】
図１は、一実施形態に係る電力伝送システムを適用した充電システムの概略構成を示す図面である。図１に示した充電システム１は、地面に設置される送電側システム１１から自動車に搭載された受電側システム１３に電力を非接触で伝送すると共に、自動車に搭載された蓄電装置に充電を行うシステムである。
【００２０】
送電側システム１１は、受電側システム１３に向けて伝送すべき電力を供給する電力供給部１５と、電力供給部１５からの電力を受電側システム１３に向けて伝送する送電ユニット１７Ａとを有する。
【００２１】
電力供給部１５は、直流電源１９と、インバータ部２１とを含む。電力供給部１５は、直流電源１９からの直流電圧をインバータ部２１によって交流電圧に変換して送電ユニット（送電装置）１７Ａに出力する。なお、本実施形態では、インバータ部２１に電気的に接続された電源を上記のように直流電源として説明するが、直流電圧を供給する直流電源に限定されない。
【００２２】
送電ユニット１７Ａは、送電コイル部２３Ａと、直列共振回路を送電コイル部２３Ａと共に構成する共振コンデンサ部２５Ａとを有する。送電コイル部２３Ａ、共振コンデンサ部２５Ａ及びインバータ部２１は直列接続されている。
【００２３】
受電側システム１３は、送電ユニット１７Ａから送電される電力を受ける受電ユニット１７（受電装置）Ｂと、受電ユニット１７Ｂで受けた電力を蓄電するための蓄電装置としての駆動バッテリ２７を有する。受電ユニット１７Ｂからは、交流電圧が出力されるため、駆動バッテリ２７と受電ユニット１７Ｂとは、受電ユニット１７Ｂからの交流電圧を直流電圧に変換する整流器２９を介して電気的に接続されている。
【００２４】
受電ユニット１７Ｂは、受電コイル部２３Ｂと、直列共振回路を受電コイル部２３Ｂと共に構成する共振コンデンサ部２５Ｂとを有する。受電コイル部２３Ｂは、電力伝送する際において、すなわち、送電側システム１１の設置場所に自動車が駐車された際、送電コイル部２３Ａ上に位置するように自動車内に設置されている。共振コンデンサ部２５Ｂの構成は、共振コンデンサ部２５Ａの構成と同じであるため、説明を省略する。受電コイル部２３Ｂ、共振コンデンサ部２５Ｂ及び整流器２９は直列接続されている。
【００２５】
充電システム１では、インバータ部２１が直流電源１９からの直流電圧を所定の周波数の交流電圧に変換して送電ユニット１７Ａに供給する。送電ユニット１７Ａの送電コイル部２３Ａに交流電圧が印加されると、送電コイル部２３Ａに交流電流が流れるので、磁界が生成される。生成された磁界によって、受電コイル部２３Ｂに誘導起電力が生じる。このように、送電ユニット１７Ａへの電力供給により、受電ユニット１７Ｂで誘導起電力が生じるので、送電ユニット１７Ａから受電ユニット１７Ｂに電力が伝送されることになる。送電ユニット１７Ａ及び受電ユニット１７Ｂは、それぞれ直列共振回路を形成していることから、上記電力伝送は、共振周波数で生じる。その結果、効率的に電力が伝送される。また、共振現象を利用することで、より長い距離を電力伝送可能である。
【００２６】
受電ユニット１７Ｂに生じた誘導起電力としての交流電圧は、整流器２９で直流電圧に変換されて駆動バッテリ２７に蓄積される。
【００２７】
充電システム１では、送電ユニット１７Ａから一定距離離れた受電ユニット１７Ｂに電磁誘導を利用して非接触で電力を伝送するので、送電ユニット１７Ａと受電ユニット１７Ｂとは、一実施形態に係る電力伝送システム２を構成している。
【００２８】
電力伝送システム２が備える送電ユニット１７Ａ及び受電ユニット１７Ｂについて、図２及び図３を利用して更に説明する。図２は、一実施形態に係る電力伝送システムの概略構成を示す側面図である。図２では、便宜的に、インバータ部２１及び整流器２９を示している。図３は、送電コイル部及び受電コイル部の一例の斜視図である。図２及び図３は、電力伝送時の送電コイル部２３Ａと受電コイル部２３Ｂとの配置関係を示している。
【００２９】
送電コイル部２３Ａ及び受電コイル部２３Ｂは、それぞれの中心軸線Ｃ１，Ｃ２の延在方向が平行になるように、互いに離して配置される。説明のために、送電コイル部２３Ａと受電コイル部２３Ｂの対向方向、すなわち、送電コイル部２３Ａから受電コイル部２３Ｂに向かう方向又は受電コイル部２３Ｂから送電コイル部２３Ａに向かう方向をｚ方向とも称する。ｚ方向に直交する方向であって、送電コイル部２３Ａ及び受電コイル部２３Ｂの中心軸線Ｃ１，Ｃ２の延在方向をｘ方向（第１の方向）とも称し、ｘ方向及びｚ方向に直交する方向をｙ方向（第２の方向）とも称する。
【００３０】
送電コイル部２３Ａは、送電コア３１Ａに送電コイル導体３３Ａが巻回されたコア付きコイルである。
【００３１】
送電コイル導体３３Ａの一端は、共振コンデンサ部２５Ａに電気的に接続されており、共振コンデンサ部２５Ａの他端はインバータ部２１の一端子に電気的に接続されている。送電コイル導体３３Ａの他端は、インバータ部２１の他の端子に電気的に接続されている。
【００３２】
送電コイル導体３３Ａの巻数及び共振コンデンサ部２５Ａの容量は、送電コイル導体３３Ａと共振コンデンサ部２５Ａとで構成される直列共振回路において所定の共振周波数が得られるように設定されていればよい。共振コンデンサ部２５Ａは、所定の容量を得るために複数のコンデンサを有する。一実施形態において、共振コンデンサ部２５Ａは、複数の直列接続されたコンデンサ群が互いに並列接続された構成であり得る。
【００３３】
同様に、受電コイル部２３Ｂは、受電コア３１Ｂに受電コイル導体３３Ｂが巻回されたコア付きコイルである。受電コイル導体３３Ｂの一端は、共振コンデンサ部２５Ｂの一端に電気的に接続され、共振コンデンサ部２５Ｂの他端は整流器２９の一端子に電気的に接続される。受電コイル導体３３Ｂの他端は、整流器２９の他の端子に電気的に接続される。
【００３４】
受電コイル導体３３Ｂの巻数及び共振コンデンサ部２５Ｂの容量は、送電コイル導体３３Ａの巻数及び共振コンデンサ部２５Ａの容量と同じである。共振コンデンサ部２５Ｂの構成も共振コンデンサ部２５Ａの構成と同じであるため、説明を省略する。
【００３５】
次に、送電コア３１Ａ及び受電コア３１Ｂの構成について説明する。
【００３６】
送電コア３１Ａは、板状の基体部（送電側基体部）３５Ａと、基体部３５Ａの両端にそれぞれ配置される一対の幅広部（送電側幅広部）３７Ａ，３７Ａとから構成される。送電コア３１Ａの板厚方向（図２及び図３においてｚ方向）から送電コア３１Ａを見た場合、送電コア３１ＡはＨ形状を呈する。基体部３５Ａ及び幅広部３７Ａは、磁性材料から構成された磁性体である。磁性体である基体部３５Ａ及び幅広部３７Ａの材料は、いわゆる鉄心として利用されているものであればよいが、基体部３５Ａ及び幅広部３７Ａの材料の例は、フェライトである。
【００３７】
基体部３５Ａの平面視形状（ｚ方向から送電コア３１Ａを見た場合の形状）は、図３に示すように矩形状である。ただし、基体部３５Ａの平面視形状は正方形状であってもよい。基体部３５Ａは、送電コア３１Ａにおいて送電コイル導体３３Ａが巻回される部分である。送電コイル導体３３Ａは、基体部３５Ａに螺旋状に巻回される。この螺旋の中心軸線が送電コイル部２３Ａの中心軸線Ｃ１である。
【００３８】
幅広部３７Ａは、基体部３５Ａの両端部にそれぞれ配置されている。幅広部３７Ａは、ｙ方向に延在している。ｙ方向において、幅広部３７Ａの幅Ｗ１は、基体部３５Ａの幅Ｗ２より広い。幅広部３７Ａは、ｙ方向において、基体部３５Ａの両側から突出している。基体部３５Ａの厚さｔ１と幅広部３７Ａの厚さｔ２とは同じである。幅広部３７Ａの中心軸線Ｃ１方向の長さは、基体部３５Ａの対応する長さより十分短い。
【００３９】
基体部３５Ａとその両端部に設けられた幅広部３７Ａとから構成される送電コア３１Ａは、基体部３５Ａと、幅広部３７Ａとを別々に製造した後に組み立てることで製造され得る。送電コア３１Ａは、基体部３５Ａと、幅広部３７Ａとを一体的に成形することによって製造されてもよい。
【００４０】
送電コイル部２３Ａの中心軸線Ｃ１方向の長さＬ１の例は３００ｍｍであり、基体部３５Ａの幅Ｗ２の例は１１０ｍｍであり、幅広部３７Ａの幅Ｗ１の例は２００ｍｍであり、幅広部３７Ａの中心軸線Ｃ１方向の長さの例は、２０ｍｍである。基体部３５Ａの厚さｔ１と幅広部３７Ａの厚さｔ２の例は１０ｍｍである。
【００４１】
送電コイル部２３Ａの大きさについて具体的な数値を挙げて説明したが、送電コイル部２３Ａの大きさは、上記例示した数値に限定されない。
【００４２】
受電コア３１Ｂは、板状の基体部３５Ｂと、受電コイル導体３３Ｂの両端部にそれぞれ配置される一対の幅広部３７Ｂ，３７Ｂとから構成される。受電コア３１Ｂは、送電コア３１Ａに対して離して配置される。送電コア３１Ａと受電コア３１Ｂとの間の距離Ｌ２は、電磁誘導を利用した電力伝送が可能な範囲であればよいが、例えば、１２ｃｍである。基体部３５Ｂには、受動コイル導体３３Ｂが螺旋状に巻回される。この螺旋の中心軸線が受動コイル部２３Ｂの中心軸線Ｃ２に対応する。図２及び図３に示すような電力伝送時の配置では、中心軸線Ｃ１，Ｃ２は平行であるので、受動コイル導体３３Ｂは、中心軸線Ｃ２の延在方向が中心軸線Ｃ１の延在方向と同じになるように受動側基体部３３Ｂに巻かれていることになる。
【００４３】
基体部３５Ｂ及び幅広部３７Ｂの構成は、送電コイル部２３Ａの基体部３５Ａ及び幅広部３７Ａの構成と同様であるため、説明を省略する。基体部３５Ｂ及び幅広部３７Ｂの厚さは、基体部３５Ａ及び幅広部３７Ａの場合と同様に同じである。よって、図３では、距離Ｌ２を、幅広部３７Ａと幅広部３７Ｂとの間の距離で表しているが、距離Ｌ２は、基体部３５Ａと基体部３５Ｂとの間の距離に対応する。
【００４４】
上記構成では、インバータ部２１から供給される交流電圧が送電コイル導体３３Ａに印加されると、送電コイル部２３Ａによって磁界が生成される。この磁界は、交流電圧における電圧変動に応じて変動する。ある状態における磁界において、磁束の一部は、図２に矢印で示すように、送電コア３１Ａの一対の幅広部３７Ａのうちの幅広部３７Ａ（図２において右側の幅広部３７Ａ）から放出され、その幅広部３７Ａ上に位置する受電コア３１Ｂの幅広部３７Ｂから吸入される。そして、受電コア３１Ｂを通過する磁束の一部は、一対の幅広部３７Ｂのうち磁束吸入側の幅広部３７Ｂとは別の幅広部３７Ｂ（図２において左側の幅広部３７Ｂ）から放出されて、その幅広部３７Ｂの下側に位置する送電コア３１Ａの幅広部３７Ａから吸入される。磁界の状態によって、送電コア３１Ａにおける一対の幅広部３７Ａの磁束の放出及び吸入機能は反転する。同様に、受電コア３１Ｂにおける一対の幅広部３７Ａの磁束の放出及び吸入機能は反転する。
【００４５】
このように、送電コア３１Ａ及び受電コア３１Ｂにおいて、幅広部３７Ａ，３７Ｂは、磁束の放出口又は吸入口であり得る。磁束の放出機能又は吸入機能を有する幅広部３７Ａ，３７Ｂは、基体部３５Ａの幅Ｗ２より広いので、幅広部３７Ａ，３７Ｂを有さない場合より、より多くの磁束が放出又は吸入され易い。その結果、送電コイル部２３Ａから受電コイル部２３Ｂへの電磁誘導を利用した電力伝送において結合係数が高くなる。
【００４６】
電力伝送効率は、結合係数ｋと送電コイル部１７ＡのＱ（Ｑ値）との積（＝ｋＱ）に依存しており、結合係数ｋとＱ値との積の値が大きいほど高くなる。共振コンデンサ部２５Ａの両端にかかる電圧は、送電コイル部１７Ａと共振コンデンサ部２５Ａで構成される共振回路の抵抗にかかる電圧のＱ倍になる。送電コイル部２３の構成では、上記のように結合係数ｋを上げることができるので、Ｑ＝ωＬ／Ｒ（ωは共振周波数、Ｌは送電コイル部１７Ａの自己インダクタンス、Ｒは、共振回路の抵抗）で求まるＱ値に関して、例えば、共振周波数ωを下げる等によってＱ値を下げることが可能である。そのため、電力伝送効率を維持又は上げながら共振コンデンサ部２５Ａの両端にかかる電圧を下げることが可能である。ここでは、送電側、すなわち、送電コイル部１７Ａと共振コンデンサ部２５Ａとについて説明したが、受電側、すなわち、受電コイル部１７Ｂと共振コンデンサ部２５Ｂとについても同様である。
【００４７】
更に、受電ユニット１７Ｂは、自動車に搭載されるので、軽量であることが望まれる。通常、送電ユニット１７Ａ及び受電ユニット１７Ｂは同じ構成であるので、送電ユニット１７Ａの軽量化も望まれる。図２及び図３に示した送電コア３１Ａ及び受電コア３１Ｂでは、基体部３５Ａ，３５Ｂの幅Ｗ２を幅広部３７Ａ，３７Ｂの幅Ｗ１のように広くするのではなく、送電コア３１Ａ及び受電コア３１Ｂの平面視形状をＨ形状としたことによって、上記のように結合係数が向上すると共に、軽量化が可能になっている。
【００４８】
更に、ｙ方向において、基体部３５Ａ，３５Ｂより幅が広く、基体部３５Ａ，３５Ｂの両側に突出した幅広部３７Ａ，３７Ｂを備えていることで、ｙ方向における送電コイル部２３Ａと受電コイル部２３Ｂの位置ズレの許容範囲が広がる。換言すれば、ｙ方向において、送電コイル部２３Ａと受電コイル部２３Ｂとの間に位置ズレが生じても、結合係数の低下を低減可能である。通常、送電ユニット１７Ａ及び受電ユニット１７Ｂにおいて、共振コンデンサ部２５Ａ，２５Ｂの容量は、送電コイル部２３Ａの直上に受電コイル部２３Ｂが位置する状態で結合係数が最大、すなわち、電力伝送効率が最大になるように設計されている。そのため、ｙ方向において、送電コイル部２３Ａと受電コイル部２３Ｂとの間に位置ズレの影響を低減することで、電力伝送効率の低下を抑制可能である。その結果、電力伝送システム２では、安定した電力伝送効率で電力を伝送可能である。
【００４９】
自動車の充電システム１において、送電側システム１１の設置箇所に自動車を停止させる場合、通常、車止めなどによって前後方向の位置は固定される。一方、左右方向は駐車状態によって変動しやすい。そのため、図２及び図３に示したｘ方向が自動車における前後方向になるように、送電ユニット１７Ａ及び受電ユニット１７Ｂを設置することによって、自動車の駆動バッテリ２７の充電において、左右方向の位置ズレの影響を低減可能である。
【００５０】
図２に示した送電コイル部２３Ａでは、基体部３５Ａ及び幅広部３７Ａの厚さｔ１，ｔ２は同じであるとしたが、幅広部３７Ａの厚さｔ２は、基体部３５Ａの厚さｔ１より厚くてもよい。受電コイル部２３Ｂについても同様である。
【００５１】
図４は、幅広部の厚さが、基体部の厚さより厚い場合の送電コイル部及び受電コイル部の一実施形態を示す斜視図である。
【００５２】
送電コイル部３９Ａは、送電コア４１Ａが有する基体部３５Ａの両端部に、幅広部３７Ａの代わりに幅広部４３Ａが設けられている点以外は、送電コイル部２３Ａの構成と同じである。幅広部４３Ａの厚さｔ２は、基体部３５Ａの厚さｔ１より厚く、幅広部４３Ａは、受電コイル部３９Ｂ側に向けて肉厚になっている。換言すれば、幅広部４３Ａは、ｚ方向において基体部３５Ａより受動コイル部３９Ｂ側に延びている。この構成では、基体部３５Ａ及び幅広部４３Ａにおいて受電コイル部３９Ｂに面する側に段差が生じている一方、基体部３５Ａ及び幅広部４３Ａにおいて受電コイル部３９Ｂ側と反対側には段差はない。基体部３５Ａの厚さｔ１を１０ｍｍとしたとき、幅広部４３Ａの厚さｔ２の例は１５ｍｍである。
【００５３】
受電コイル部３９Ｂは、受電コア４１Ｂが有する基体部３５Ｂの両端部に、幅広部３７Ｂの代わりに幅広部４３Ｂが設けられている点以外は、受電コイル部２３Ｂの構成と同じである。幅広部４３Ｂの厚さｔ２は、基体部３５Ｂの厚さｔ１より厚く、幅広部４３Ｂは、送電コイル部３９Ａ側に向けて肉厚になっている。換言すれば、幅広部４３Ｂは、ｚ方向において基体部３５Ｂより送電コイル部３９Ａ側に延びており、中心軸線Ｃ２上に位置する受動コア４１Ｂの両端部は、受動コイル部３９Ｂ側に屈曲している。この構成では、基体部３５Ｂ及び幅広部４３Ｂにおいて送電コイル部３９Ａに面する側に段差が生じている一方、基体部３５Ｂ及び幅広部４３Ｂにおいて送電コイル部３９Ａ側と反対側には段差がない。基体部３５Ｂの厚さｔ１を１０ｍｍとしたとき、幅広部４３Ｂの厚さｔ２の例は１５ｍｍである。
【００５４】
図４に示した送電コイル部３９Ａ及び受電コイル部３８Ｂは、送電コイル部２３Ａ及び受電コイル部２３Ｂの代わりに送電ユニット１７Ａ及び受電ユニット１７Ｂに適用され得る。
【００５５】
上記構成では、中心軸線Ｃ１上における送電コイル部３９Ａの両端部が受電コイル部３９Ｂ側に屈曲しており、中心軸線Ｃ２上における受電コイル部３９Ｂの両端部が送電コイル部３９Ａ側に屈曲している。この場合、送電コイル部３９Ａ及び受電コイル部３９Ｂを一つの磁気回路と見なした場合の磁路が、送電コイル部３９Ａ及び受電コイル部３９Ｂのｘ方向の両端部において互いの方向に曲げられる。その結果、送電コイル部３９Ａの幅広部４３Ａ及び受電コイル部３９Ｂの幅広部４３Ｂから磁束がより放出及び吸入され易い。そのため、送電コイル部３９Ａと受電コイル部３９Ｂとの間の結合係数が更に高くなり、共振コンデンサ部２５Ａ，２５Ｂにかかる電圧が図２及び図３に示した形態より低減する傾向にある。共振コンデンサ部２５Ａ，２５Ｂにかかる電圧の低減に伴って、共振コンデンサ部２５Ａ，２５Ｂを構成するコンデンサの数を少なくできるので、送電ユニット１７Ａ及び受電ユニット１７Ｂの小型化に更に資する。
【００５６】
送電コイル部３９Ａ及び受電コイル部３９Ｂの場合も、幅広部４３Ａ，４３Ｂのｙ方向の幅Ｗ２は、基体部３５Ａ，３５Ｂのｙ方向の幅Ｗ１より広いので、位置ズレの影響を低減出来ることは、図２及び図３に示した形態の場合と同様である。
【００５７】
基体部３５Ａ，３５Ｂ間の距離を、図２及び図３に示した場合と同様とした場合には、同じ側に位置する幅広部４３Ａ，４３Ｂの間の距離Ｌ３は、図２及び図３に示した距離Ｌ２より小さくなる。その結果、結合係数が更に向上する。
【００５８】
次に、シミュレーション結果を参照して、送電コイル部及び受電コイル部が幅広部を備えることによって、結合係数が向上する点を具体的に示す。
【００５９】
シミュレーションは、図２及び図３に示した送電コイル部２３Ａ及び受電コイル部２３Ｂの構成の場合、及び、図４に示した送電コイル部３９Ａ及び受電コイル部３９Ｂの構成の場合について実施した。比較のために、図５に示した送電コイル部４５Ａ及び受電コイル部４５Ｂの構成の場合についてもシミュレーションを実施した。
【００６０】
図５に示した送電コイル部４５Ａ及び受電コイル部４５Ｂの構成は、送電コア４７Ａ及び受電コア４７Ｂがそれぞれ基体部３５Ａ，３５Ｂのｘ方向の両端部に幅広部３７Ａ，３７Ｂの代わりに、ｙ方向の幅が基体部３５Ａ，３５Ｂの幅と同じ縁部４９Ａ，４９Ｂが設けられている点以外は、図２及び図３に示した送電コイル部２３Ａ及び受電コイル部２３Ｂの構成と同じである。図５に示した送電コイル部４５Ａ及び受電コイル部４５Ｂの構成は、送電コイル部２３Ａ及び受電コイル部２３Ｂの構成において幅広部３７Ａ，３７Ｂのうち、基体部３５Ａ，３５Ｂから突出した領域を削除した構成に対応する。図５では、基体部３５Ａと縁部４９Ａとの厚さは、基体部３５Ａと幅広部３７Ａの場合と同様に同じである。これは、基体部３５Ｂと縁部４９Ｂについても同様である。よって、図５においても、縁部４５Ａ及び縁部４５Ｂ間の距離Ｌ２は、送電コア４７Ａ及び受電コア４７Ｂにおける基体部３５Ａ，３５Ｂ間の距離に対応する。
【００６１】
図５に示した送電コイル部４５Ａ及び受電コイル部４５Ｂの組みに対するシミュレーションをシミュレーション１と称し、図２及び図３に示した送電コイル部２３Ａ及び受電コイル部２３Ｂの組みに対するシミュレーションをシミュレーション２と称し、図４に示した送電コイル部３９Ａ及び受電コイル部３９Ｂの組みに対するシミュレーションをシミュレーション３と称する。
【００６２】
シミュレーション１，２，３において、基体部３５Ａと基体部３５Ｂとの間の距離（対向する面の間の距離）Ｌ２は１２ｃｍであり、送電コイル導体３３Ａと受電コイル導体３３Ｂとの間の距離は１１ｃｍである。
【００６３】
シミュレーション１，２，３における基体部３５Ａ，３５Ｂの厚さｔ１は１０ｍｍである。シミュレーション１の縁部４７Ａ，４７Ｂの厚さ及びシミュレーション２における幅広部３７Ａ，３７Ｂの厚さは基体部３５Ａ，３５Ｂと同様に１０ｍｍである。シミュレーション３における幅広部４３Ａ，４３Ｂの厚さは１５ｍｍである。
【００６４】
更に、シミュレーション１，２，３において、基体部３５Ａ，３５Ｂのｙ方向の幅Ｗ２は１１０ｍｍである。シミュレーション２，３において、幅広部３７Ａ，３７Ｂ，４３Ａ，４３Ｂのｙ方向の幅Ｗ１は２００ｍｍである。シミュレーション１，２，３において、送電コイル部２３Ａ，３９Ａ，４５Ａ及び受電コイル部２３Ｂ，３９Ｂ，４５Ｂのそれぞれのｘ方向の長さＬ１は３００ｍｍである。
【００６５】
更に、シミュレーション１，２，３において、送電コイル導体３３Ａ及び受電コイル導体３３Ｂの巻数は４７巻とし、コイル抵抗は０．１Ωとした。
【００６６】
シミュレーション１，２，３では、同じ共振コンデンサ部を利用してＬＣ共振回路を構成し、上述した送電コア及び受電コアの構成の相違点以外の他の条件は同じ条件でそれぞれ結合係数を算出した。
【００６７】
結合係数は、シミュレーション１，２，３それぞれにおける送電コイル部と受電コイル部との組みにおいてｙ方向に位置ズレがない場合、ｙ方向の位置ズレが５０ｍｍである場合、ｙ方向の位置ズレが１００ｍｍである場合について、それぞれ算出した。算出結果は図６に示した図表の通りである。図６では、位置ズレが生じた場合の結合係数の変化率も示す。変化率は、ズレ量が０の場合の結合係数と各ズレ量の結合係数の差を、ズレ量が０の場合の結合係数で除した値をパーセンテージで表した値である。
【００６８】
図６の図表において、シミュレーション１と、シミュレーション２，３とを比較すると、ズレがない場合でも、幅広部３７Ａ，３７Ｂ及び幅広部４３Ａ，４３Ｂを設けることによって、結合係数が向上することが理解され得る。更に、幅広部３７Ａ，３７Ｂ及び幅広部４３Ａ，４３Ｂを設けることで、ｙ方向のズレによる結合係数の低下も低減可能である。また、シミュレーション２，３を比較すると、ズレがない場合の結合係数が幅広部を肉厚にすることによって向上する点、及び、ズレが生じた場合の結合係数の低下も幅広部を肉厚にすることによって低減可能であることが理解され得る。
【００６９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、送電コイル部２３Ａにおいて、幅広部３７Ａは、ｙ方向において基体部３５Ａの両側に突出しているとしたが、片方のみ突出していてもよい。これは、受電コイル部２３Ｂにおいても同様である。この場合でも、基体部３５Ａ，３５Ｂより大きな幅広部３７Ａ，３７Ｂを備えることで、磁束の放出領域又は吸入領域が大きくなるので、結合係数が向上する。
【００７０】
送電コア３１Ａ及び受電コア３１Ｂは板状として説明したが、例えば、棒状であってもよい。
【００７１】
送電コイル部２３Ａ及び受電コイル部２３Ｂについて説明した上記変形例は、送電コイル部３９Ａ及び受電コイル部３９Ｂにおいても同様に適用され得る。
【００７２】
更に、上記実施形態では、自動車の充電システム１を例示したが、電力伝送システムは、自動車の充電システム１への適用に限定されず、例えば、携帯電話、電動歯ブラシ及び自動車以外の車両における充電システム１にも適用され得る。また、電力伝送システムは、電力を非接触で伝送するシステムに対して適用され得るので、充電システム１に限定されない。
【符号の説明】
【００７３】
２…電力伝送システム、１７Ａ…送電ユニット、１７Ｂ…受電ユニット、２３Ａ…送電コイル部、２３Ｂ…受電コイル部、２５Ａ…共振コンデンサ部（送電側共振コンデンサ部）、２５Ｂ…共振コンデンサ部（受電側共振コンデンサ部）、３１Ａ…送電コア、３１Ｂ…受電コア、３３Ａ…送電コイル導体、３３Ｂ…受電コイル導体、３５Ａ…基体部（送電側基体部）、３５Ｂ…基体部（受電側基体部）、３７Ａ…幅広部（送電側幅広部）、３７Ｂ…幅広部（受電側幅広部）、３９Ａ…送電コイル部、３９Ｂ…受電コイル部、４１Ａ…送電コア、４１Ｂ…受電コア、４３Ａ…幅広部（送電側幅広部）、４３Ｂ…幅広部（受電側幅広部）、Ｃ１…中心軸線（送電コイル部の中心軸線）、Ｃ２…中心軸線（受電コイル部の中心軸線）、Ｗ１…幅（送電側幅広部及び受電側幅広部の幅）、Ｗ２…幅（送電側基体部及び受電側基体部の幅）。
【図１】
2013172500.tif 000003
【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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