(57)【要約】【課題】送電コイルと受電コイルとの水平方向の位置ずれが生じた場合に、送電コイルと受電コイルとの間の結合係数が低下しにくい非接触送電装置及び非接触受電装置を提供する。【解決手段】送電コイル２５は、受電装置１０の受電コイル１５に非接触で送電する。送電コイル２５は、同位相の交流電流が流れる２つのコイル（第１送電コイル２６、第２送電コイル２７）を含む。２つのコイルの各々は、軸線の周囲を取り囲むように形成されている。２つのコイルに対して、軸線の延びる方向に離れた位置から２つのコイルを見ると、２つのコイルの一方（第１送電コイル２６）は、他方のコイル（第２送電コイル２７）の内側に間隔を空けて配置されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受電装置の受電コイルに非接触で送電する送電コイルを備え、
前記送電コイルは、同位相の交流電流が流れる２つのコイルを含み、
前記２つのコイルの各々は、軸線の周囲を取り囲むように形成されており、
前記２つのコイルに対して、前記軸線の延びる方向に離れた位置から前記２つのコイルを見ると、前記２つのコイルの一方は、他方のコイルの内側に間隔を空けて配置されている、非接触送電装置。
【請求項２】
送電装置の送電コイルから非接触で受電する受電コイルを備え、
前記受電コイルは、同位相の交流電流が流れる２つのコイルを含み、
前記２つのコイルの各々は、軸線の周囲を取り囲むように形成されており、
前記２つのコイルに対して、前記軸線の延びる方向に離れた位置から前記２つのコイルを見ると、前記２つのコイルの一方は、他方のコイルの内側に間隔を空けて配置されている、非接触受電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、非接触送電装置及び非接触受電装置に関し、特に、送電コイルと受電コイルとの間で非接触電力伝送を行なう、非接触送電装置及び非接触受電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
送電装置から受電装置に非接触で電力伝送を行う非接触電力伝送システムが知られている（特許文献１〜５参照）。非接触電力伝送システムにおいては、送電コイルと受電コイルとの間で非接触電力伝送が行なわれる。特開２０１３−１４６１５４号公報（特許文献１）は、送電装置及び受電装置に用いられるコイルを開示する。このコイルは、軸線の周囲を取り囲むように形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１４６１５４号公報
【特許文献２】特開２０１３−１５４８１５号公報
【特許文献３】特開２０１３−１４６１４８号公報
【特許文献４】特開２０１３−１１０８２２号公報
【特許文献５】特開２０１３−１２６３２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に開示されるような、軸線の周囲を取り囲むように形成されているコイルが送電装置及び受電装置に設けられている場合に、送電装置と受電装置との水平方向の位置ずれが生じると、送電装置の送電コイルと受電装置の受電コイルとの間の結合係数が低下する。送電コイルと受電コイルとが水平方向に位置ずれすると、送電コイルと受電コイルとの距離が長くなるからである。
【０００５】
この発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、その目的は、送電コイルと受電コイルとの水平方向の位置ずれが生じた場合に、送電コイルと受電コイルとの間の結合係数が低下しにくい非接触送電装置及び非接触受電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明のある局面に従う非接触送電装置は、送電コイルを備える。送電コイルは、受電装置の受電コイルに非接触で送電する。送電コイルは、同位相の交流電流が流れる２つのコイルを含む。２つのコイルの各々は、軸線の周囲を取り囲むように形成されている。２つのコイルに対して、軸線の延びる方向に離れた位置から２つのコイルを見ると、２つのコイルの一方は、他方のコイルの内側に間隔を空けて配置されている。
【０００７】
このような構成によれば、送電コイルに対する受電コイルの水平方向の位置ずれにより、送電コイルを構成する一方のコイルと受電コイルとの距離が長くなったとしても、送電コイルを構成する他方のコイルと受電コイルとの距離が短くなる。このように、送電コイルに対する受電コイルの水平方向の位置ずれが生じたとしても、送電コイルを構成する何れかのコイルと受電コイルとの距離が短くなるため、受電コイルと送電コイルとの間の結合係数は低下しにくい。
【０００８】
また、この発明の別の局面に従う非接触受電装置は、受電コイルを備える。受電コイルは、送電装置の送電コイルから非接触で受電する。受電コイルは、同位相の交流電流が流れる２つのコイルを含む。２つのコイルの各々は、軸線の周囲を取り囲むように形成されている。２つのコイルに対して、軸線の延びる方向に離れた位置から２つのコイルを見ると、２つのコイルの一方は、他方のコイルの内側に間隔を空けて配置されている。
【０００９】
このような構成によれば、送電コイルに対する受電コイルの水平方向の位置ずれにより、受電コイルを構成する一方のコイルと送電コイルとの距離が長くなったとしても、受電コイルを構成する他方のコイルと送電コイルとの距離が短くなる。このように、送電コイルに対する受電コイルの水平方向の位置ずれが生じたとしても、受電コイルを構成する何れかのコイルと送電コイルとの距離が短くなるため、受電コイルと送電コイルとの間の結合係数は低下しにくい。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、送電コイルと受電コイルとの水平方向の位置ずれが生じた場合に、送電コイルと受電コイルとの間の結合係数が低下しにくい非接触送電装置及び非接触受電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１における非接触電力伝送システムの概略構成図である。
【図２】実施の形態１における送電装置のカバーを開き、鉛直方向上方から見た図である。
【図３】比較対象において、受電コイルが送電コイルに対して位置ずれした状態を鉛直方向上方から見た図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ断面図である。
【図５】実施の形態１において、受電コイルが送電コイルに対して位置ずれした状態を鉛直方向上方から見た図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ断面図である。
【図７】送電コイルと受電コイルとの間に生じる磁界を示す、図５のＶＩＩ−ＶＩＩ断面図である。
【図８】実施の形態２において、受電コイルが送電コイルに対して位置ずれした状態を鉛直方向下方から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この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。
【００１３】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１に従う非接触送電装置が適用される非接触電力伝送システムの概略構成図である。なお、図中、矢印Ｄは鉛直方向下方を示し、矢印Ｕは鉛直方向上方を示す。矢印Ｆは車両１００の前方向を示し、矢印Ｂは車両１００の後ろ方向を示す。矢印Ｌは、運転手が車両１００に乗った場合における運転手にとっての左方向を示す。これらは図２〜８においても共通である。
【００１４】
図１を参照して、非接触電力伝送システム１は、車両１００と送電装置２０と交流電源２００とを備える。車両１００は受電装置１０を含み、受電装置１０は受電コイル１５を含む。そして、送電装置２０は送電コイル２５を含む。送電コイル２５及び受電コイル１５については後程詳細に説明する。
【００１５】
受電コイル１５は、送電コイル２５から非接触で受電するように構成される。車両１００においては、受電コイル１５により受電された電力は不図示の蓄電装置に供給される。車両１００は、蓄電装置の電力により走行駆動力を生じ、走行することができる。交流電源２００は、たとえば、系統電源である。
【００１６】
送電コイル２５は、交流電源２００から交流電力の供給を受けることにより磁界を形成し、形成された磁界を通じて受電コイル１５に非接触で送電する。なお、送電コイル２５における導線の巻き数は、Ｑ値（たとえばＱ≧１００）及び結合係数κが大きくなるように適宜設計される。
【００１７】
図２は、送電装置２０のカバー（不図示）を開き、鉛直方向上方から見た場合の送電コイル２５の図である。なお、図中、矢印Ｒは、運転手が車両１００（図１）に乗った場合における運転手にとっての右方向を示す。これは図３〜８においても共通である。
【００１８】
図２を参照して、送電装置２０は送電コイル２５を含む。送電装置２０は、さらに、不図示のコンデンサモジュールやコアとしてのフェライト等を含む。送電コイル２５は、不図示のコンデンサモジュールと接続されている。送電コイル２５は、交流電源２００から交流電力の供給を受けて、コンデンサモジュールと共振現象を生じることにより、受電装置１０の受電コイル１５（図１）に非接触で送電する。
【００１９】
送電コイル２５は、第１送電コイル２６と第２送電コイル２７とを備える。第１送電コイル２６及び第２送電コイル２７の各々は、鉛直方向の上下に延びる軸線ａｘ１の周囲を取り囲むように形成されている。第１送電コイル２６は、鉛直方向上方から見た場合に、第２送電コイル２７の内側に配置されている。第１送電コイル２６と第２送電コイル２７との間には、矢印Ｒ方向及びＬ方向の各々に間隔ｇｌ１が設けられ、矢印Ｆ方向及びＢ方向の各々に間隔ｇｌ２が設けられている。
【００２０】
この実施の形態１においては、第１送電コイル２６の軸線と、第２送電コイル２７の軸線とは軸線ａｘ１で共通する。しかしながら、軸線は必ずしも第１送電コイル２６と第２送電コイル２７とで共通する必要はない。鉛直方向上方から見た場合に、第１送電コイル２６が第２送電コイル２７の内側に含まれている限り、第１送電コイル２６の軸線と第２送電コイル２７の軸線とが異なってもよい。
【００２１】
以上のように、この実施の形態１に従う送電装置２０に含まれる送電コイル２５は、第２送電コイル２７と、第２送電コイル２７の内側に配置された第１送電コイル２６との２つのコイルを備える。送電コイル２５がこのような構成を有する理由を説明するために、まず、仮に送電コイルが１つのコイルのみで構成された場合の問題点を図３，４を用いて説明する。
【００２２】
図３は、受電コイル５０が送電コイル４０に対して位置ずれした状態を鉛直方向上方から見た図である。図３を参照して、送電コイル４０は、１つのコイルで構成される。送電コイル４０は、受電コイル５０の下方に存在し、受電コイル５０に対して非接触で送電する。送電コイル４０の導線の巻き数は、受電コイル５０の導線の巻き数よりも多い。すなわち、送電コイル４０の導線の厚みは、受電コイル５０の導線の厚みよりも分厚い。そして、送電コイル４０の軸線と受電コイル５０の軸線とは、矢印Ｒ，Ｌ方向及び矢印Ｆ，Ｂ方向、すなわち水平方向に位置ずれしている。
【００２３】
図４は、図３のＩＶ−ＩＶ断面図である。図４を参照して、受電コイル５０は、ＩＶ−ＩＶ断面において、受電コイル側部５１と受電コイル側部５２とを有する。送電コイル４０は、ＩＶ−ＩＶ断面において、送電コイル側部４１と送電コイル側部４２とを有する。
【００２４】
受電コイル５０と送電コイル４０とが矢印Ｒ，Ｌ方向に位置ずれを生じているため、受電コイル側部５１は、領域ｌ１において矢印Ｕ，Ｄ方向に送電コイル側部４１と正対していない。その結果、受電コイル側部５１が送電コイル側部４１と完全に正対している場合と比較して、受電コイル側部５１と送電コイル側部４１との間に生じる磁界の経路ｍｌ１は長くなる。
【００２５】
また、受電コイル側部５２は、領域ｌ２において矢印Ｕ，Ｄ方向に送電コイル側部４２と正対していない。その結果、受電コイル側部５２が送電コイル側部４２と完全に正対している場合と比較して、受電コイル側部５２と送電コイル側部４２との間に生じる磁界の経路ｍｌ２は長くなる。
【００２６】
送電コイル４０と受電コイル５０との間に生じる磁界の経路が長くなると、送電コイル４０と受電コイル５０との間の結合係数が低下する。その結果、送電コイル４０と受電コイル５０との間の電力伝送効率が低下する。
【００２７】
この実施の形態１に従う送電装置２０において送電コイル２５は、第２送電コイル２７と、第２送電コイル２７の内側に間隔を空けて配置されている第１送電コイル２６とを有する。
【００２８】
図５は、受電コイル１５が送電コイル２５に対して位置ずれした状態を鉛直方向上方から見た図である。図５を参照して、送電コイル２５は、受電コイル１５の下方に存在し、受電コイル１５に対して非接触で送電する。第１送電コイル２６及び第２送電コイル２７の各々における導線の巻き数は、受電コイル１５における導線の巻き数よりも少ない。そして、第１送電コイル２６及び第２送電コイル２７の軸線と受電コイル１５の軸線とは、矢印Ｒ，Ｌ方向及び矢印Ｆ，Ｂ方向、すなわち水平方向に位置ずれしている。
【００２９】
図６は、図５のＶＩ−ＶＩ断面図である。図６を参照して、受電コイル１５は、ＶＩ−ＶＩ断面において、受電コイル側部１６と受電コイル側部１７とを有する。第１送電コイル２６は、ＶＩ−ＶＩ断面において、第１送電コイル側部２８と第１送電コイル側部２９とを有する。第２送電コイル２７は、ＶＩ−ＶＩ断面において、第２送電コイル側部３０と第２送電コイル側部３１とを有する。
【００３０】
受電コイル１５と送電コイル２５とが矢印Ｒ，Ｌ方向に位置ずれを生じることにより、第１送電コイル側部２８は、矢印Ｕ，Ｄ方向において受電コイル側部１６と正対しなくなる。その結果、受電コイル側部１６と第１送電コイル側部２８との距離は、受電コイル１５と送電コイル２５とが位置ずれしていない場合と比較して長くなる。一方、第２送電コイル側部３０は、矢印Ｕ，Ｄ方向において受電コイル側部１６と完全に正対する。その結果、受電コイル側部１６と第２送電コイル側部３０との距離は、受電コイル１５と送電コイル２５とが位置ずれしていない場合と比較して短くなる。
【００３１】
また、第２送電コイル側部３１は、矢印Ｕ，Ｄ方向において受電コイル側部１７と正対しなくなる。一方、第１送電コイル側部２９は、矢印Ｕ，Ｄ方向において受電コイル側部１７と完全に正対する。
【００３２】
このように、この実施の形態１に従う送電装置２０においては、受電コイル１５が水平方向に位置ずれを生じたことにより、受電コイル１５（たとえば、受電コイル側部１６）と送電コイル２５を構成する一方のコイル（たとえば、第１送電コイル側部２８）との距離が長くなったとしても、受電コイル１５（たとえば、受電コイル側部１６）と送電コイル２５を構成する他方のコイル（たとえば、第２送電コイル側部３０）との距離が短くなる。したがって、経路ｍｌ３，ｍｌ４は、図４における経路ｍｌ１，ｍｌ２と比較してそれぞれ短くなる。その結果、送電装置２０においては、受電コイル１５と送電コイル２５との水平方向の位置ずれによる結合係数の低下が生じにくい。
【００３３】
また、経路ｍｌ３，ｍｌ４が経路ｍｌ１，ｍｌ２と比較して短くなる要因としては、他にも、たとえば、第２送電コイル側部３０と受電コイル側部１６との間に生じる磁界が、第２送電コイル側部３０と第１送電コイル側部２８との間の領域を通過することができるということもある。
【００３４】
また、この実施の形態１に従う送電装置２０においては、第１送電コイル２６及び第２送電コイル２７には同位相の交流電流が流される。その理由を次に説明する。
【００３５】
図７は、送電コイルと受電コイルとの間に生じる磁界を示す、図５のＶＩＩ−ＶＩＩ断面図である。図７を参照して、第２送電コイル側部３０と受電コイル側部１６との間には磁界ｍｆ１が生じる。第１送電コイル側部２８と受電コイル側部１６との間には磁界ｍｆ２が生じる。仮に第２送電コイル側部３０に流れる交流電流の位相と第２送電コイル側部３１に流れる交流電流の位相とがπずれていたとすると、領域Ｒ１において互いの磁界（磁界ｍｆ１，ｍｆ２）が弱め合ってしまう。この実施の形態１に従う送電装置２０のように、第１送電コイル２６及び第２送電コイル２７に同位相の交流電流が流されることにより、領域Ｒ１において互いの磁界（磁界ｍｆ１，ｍｆ２）は強め合うことになる。
【００３６】
なお、受電コイル側部１７と第１送電コイル側部２９との間に生じる磁界、及び受電コイル側部１７と第２送電コイル側部３１との間に生じる磁界においても同様の現象が生じ得る。
【００３７】
また、第１送電コイル２６と第２送電コイル２７とに流れる交流電流は、必ずしも完全な同位相である必要はない。互いの磁界が完全に打ち消されるようなことがなければ多少の位相のずれは許容される。
【００３８】
［実施の形態２］
実施の形態１では、送電装置２０に含まれる送電コイル２５が第１送電コイル２６と第２送電コイル２７との２つのコイルを有した。この実施の形態２では、受電装置１０Ａに含まれる受電コイル１５Ａが２つのコイルを有する。
【００３９】
図８は、受電コイルが送電コイルに対して位置ずれした状態を鉛直方向下方から見た図である。図８を参照して、受電装置１０Ａは受電コイル１５Ａを備え、受電コイル１５Ａは、第１受電コイル１８と第２受電コイル１９とを含む。受電装置１０Ａは、さらに、不図示のコンデンサモジュールやコアとしてのフェライト等を含む。受電コイル１５Ａは、送電コイル２５Ａから非接触で受電する。送電コイル２５Ａは、１つのコイルから構成される。
【００４０】
第１受電コイル１８及び第２受電コイル１９の各々は、鉛直方向の上下に延びる軸線の周囲を取り囲むように形成されている。第１受電コイル１８は、鉛直方向下方から見た場合に、第２受電コイル１９の内側に配置されている。第１受電コイル１８と第２受電コイル１９との間には間隔が空けられている。
【００４１】
このように、この実施の形態２に従う受電装置１０Ａにおいて受電コイル１５Ａは、第１受電コイル１８と第２受電コイル１９との２つのコイルを有する。このような構成によれば、送電コイル２５Ａに対する受電コイル１５Ａの水平方向の位置ずれにより、受電コイル１５Ａを構成する一方のコイルと送電コイル２５Ａとの距離が長くなったとしても、受電コイル１５Ａを構成する他方のコイルと送電コイル２５Ａとの距離が短くなる。その結果、送電コイル２５Ａと受電コイル１５Ａとの水平方向の位置ずれが生じたとしても、受電コイル１５Ａと送電コイル２５Ａとの間の結合係数は低下しにくい。
【００４２】
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、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。
【符号の説明】
【００４３】
１  非接触電力伝送システム、１０，１０Ａ  受電装置、１５，１５Ａ，５０  受電コイル、１６，１７，５１，５２  受電コイル側部、１８  第１受電コイル、１９  第２受電コイル、２０，２０Ａ  送電装置、２５，２５Ａ，４０  送電コイル、２６  第１送電コイル、２７  第２送電コイル、２８，２９  第１送電コイル側部、３０，３１  第２送電コイル側部、４１，４２  送電コイル側部、１００  車両、２００  交流電源。
【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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