JP6424710B2

JP6424710B2 - 非接触電力伝送用コイルおよび非接触電力伝送装置

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Publication number: JP6424710B2
Application number: JP2015071489A
Authority: JP
Inventors: 宏喜倉岡
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2015-03-31
Filing date: 2015-03-31
Publication date: 2018-11-21
Anticipated expiration: 2035-03-31
Also published as: JP2016192481A

Description

本発明は、非接触電力伝送用コイルおよび非接触電力伝送装置に関するものである。

電気自動車等の移動体に電力を供給する際に、給電プラグなどの機械的接続を使用せずに電力を供給する、非接触方式の電力伝送装置が開発されている。

この非接触電力伝送装置においては、地面等に設置された給電コイルと、車両に設置された受電コイルを磁気的に結合させることにより、距離が数１００ｍｍ程度の空間を、非接触にて電力供給を行うことが可能である。

ところで、非接触状態で電力を供給する際、コイル間の空間部分は物理的および磁気的に開放状態のため、コイルの周囲に電力伝送とは無関係の不要な磁界による放射ノイズが発生し、周辺の電子機器に電磁波障害を引き起こす虞があることから、コイルの周囲に漏洩する放射ノイズを抑制する必要がある。

例えば、特許文献１では、給電コイルおよび受電コイルが多極コイル構造の非接触給電装置が提案されている。図７ａは、従来の非接触給電装置の給電コイル（受電コイル）の概要を示す平面図である。図７ｂは、図７ａにおけるｋ−ｋ線に沿う給電コイルおよび受電コイルの電磁界結合の状態を示す模式断面図である。特許文献１では、図７ａおよび図７ｂに示されるように、給電コイルＬ１００および受電コイルＬ２００は、それぞれ、複数個の単位コイルの平面的集合体よりなり、各単位コイルは、渦巻状に巻回された扁平フラット構造をなし、対をなすＮ極とＳ極を構成し極数２の２極コイル構造として把握され、もってそれぞれ偶数個の単位コイルの集合により、４極コイル構造や８極コイル構造等の多極コイル構造として把握されると共に、直に並んで隣接配置された各単位コイル間で、磁極のＮ極とＳ極が逆になっている。なお、給電コイルＬ１００の外側や受電コイルＬ２００の外側にはフェライトコア等の磁心コア３００がそれぞれ配設されている。

この特許文献１に開示される非接触給電装置Ｓ１００は、形成される磁界の重なり部分のみが部分的に、打ち消し合って弱められるので、外部放射される電磁波が、トータル的に大幅に低減される。すなわち、逆方向の磁界を同時に発生させることにより、磁界の打ち消し合い効果によって、コイル間の周囲へ漏洩する放射ノイズを大幅に低減している。

特開２０１２−１３４２１７号公報

特許文献１に開示された従来の非接触給電装置Ｓ１００は、図７ｂに示されるように、給電に際しては、渦巻状に巻回された扁平フラット構造の平面コイルの集合体により、多極構造に誘起された磁界ｈを利用して、給電コイルＬ１００と受電コイルＬ２００が電磁結合され、磁束の磁路が形成されて、非接触給電が実施される。このような非接触給電装置Ｓ１００において、短時間に大電力を非接触給電しようとする場合、給電コイルＬ１００と受電コイルＬ２００間に、十分大きな値の相互インダクタンスが必要となる。言い換えれば、この相互インダクタンスの値が小さいと、給受電コイルＬ１００，Ｌ２００同士の結合が十分に確保できず、電力伝送性能低下の要因となる。ここで、相互インダクタンスの値を決定するコイル特性として、例えば給電コイルＬ１００と受電コイルＬ２００それぞれの直径と巻線の巻き数が挙げられる。

上述したように、給受電コイルの相互インダクタンスを十分大きな値にするには、コイルの直径をより大きくするか、もしくはコイルの巻線の巻き数を増やす必要がある。しかしながら、特許文献１に開示された非接触給電装置Ｓ１００のように、扁平フラット構造の渦巻状コイルでは、その構造上、上述のいずれの手法を用いたとしてもコイルの巻線の配線長の大幅な増大が避けられない。すなわち、コイルの巻線の配線長増大には配線抵抗の増加が伴うため、伝送ロス発生の要因となり、高い電力伝送効率を実現することが困難となるという問題あった。

そこで、本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、相互インダクタンスを十分に確保しつつ、配線抵抗の増加を抑制した多極構造の非接触電力伝送用コイル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。

本発明に係る非接触電力伝送用コイルは、棒状または板状の複数のコアと、複数のコアに巻回される巻線を備え、複数のコアは、各コアの先端同士が互いに離間するよう交差して配置されており、巻線は、巻回方向に隣接する複数のコアのそれぞれの反対側のコア表面上を通過し、且つ、巻回方向に隣接する複数のコアのコア同士の間を通過するように連続して巻回されている部分を有することを特徴とする。

本発明によれば、複数のコアは、各コアの先端同士が互いに離間するよう交差して配置されており、巻線は、巻回方向に隣接する複数のコアのそれぞれの反対側のコア表面上を通過し、且つ、巻回方向に隣接する複数のコアのコア同士の間を通過するように連続して巻回されている部分を有する。そのため、巻回方向に隣接するコア同士において電流の交差する方向が逆方向となることから、従来の渦巻状に巻回された扁平フラット構造の平面コイルの集合体に比べて、より少ない巻数で大きなインダクタンスを確保した多極構造が実現される。その結果、相互インダクタンスを十分に確保しつつ、配線抵抗の増加が抑制された非接触電力伝送用コイルを得ることができる。

好ましくは、複数のコアは、それぞれ両端に電力伝送が行われる側に伸びる突出部を有するとよい。この場合、非接触電力伝送用コイルと、当該非接触電力伝送用コイルと対向することとなるコイルとの相互インダクタンスを高める効果があり、非接触電力伝送する際の給受電コイル間の磁界結合が増加し、電力伝送効率を向上させることができる。

好ましくは、巻線の一部は、複数のコアの交差部分を覆うように巻回されているとよい。この場合、コアの交差部分から発生する不要な放射磁界を抑制し、閉磁路の発生を抑制することができ、それにより電力伝送効率を向上させることができる。

また、本発明に係る非接触電力伝送装置は、給電コイルから受電コイルに非接触にて電力が伝送される非接触電力伝送装置であって、給電コイルおよび受電コイルのいずれか一方が、上記非接触電力伝送用コイルであることを特徴とする。

本発明によれば、相互インダクタンスを十分に確保しつつ、配線抵抗の増加が抑制された非接触電力伝送装置を得ることができる。

本発明によれば、相互インダクタンスを十分に確保しつつ、配線抵抗の増加を抑制した非接触電力伝送用コイルおよび非接触電力伝送装置を提供することができる。

本発明の好適な実施形態に係る非接触電力伝送用コイルが適用される非接触電力伝送装置を入力電源および負荷とともに示す全体構成図である。本発明の好適な実施形態に係る非接触電力伝送用コイルが適用される非接触電力伝送装置の給電コイルユニットと受電コイルユニットを拡大して示す斜視図である。本発明の第１実施形態に係る非接触電力伝送用コイルを示す斜視図である。本発明の第２実施形態に係る非接触電力伝送用コイルを鉛直上方から見た平面図である。図４ａにおけるｉ−ｉ線に沿う非接触電力伝送用コイルの断面図である。図４ａにおけるｊ−ｊ線に沿う非接触電力伝送用コイルの断面図である。本発明の第３実施形態に係る非接触電力伝送用コイル装置を示す電力伝送方向からの平面図である。本発明の第３実施形態に係る非接触電力伝送用コイル装置を示す電力伝送方向と逆方向からの平面図である。実施例及び比較例の配線全長ならびに配線長比を示すグラフである。従来の非接触給電装置の送電コイル（受電コイル）の概要を示す平面図である。図７ａにおけるｋ−ｋ線に沿う送電コイルおよび受電コイルの電磁界結合の状態を示す模式断面図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
なお、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。

まず、図１および図２を参照して、本発明の好適な実施形態に係る非接触電力伝送用コイルが適用され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、本発明の好適な実施形態に係る非接触電力伝送用コイルが適用される非接触電力伝送装置を入力電源および負荷とともに示す全体構成図である。図２は、本発明の好適な実施形態に係る非接触電力伝送用コイルが適用される非接触電力伝送装置の給電コイルユニットと受電コイルユニットを拡大して示す斜視図である。非接触電力伝送装置Ｓ１は、基本構成として、非接触給電装置１０と、非接触受電装置２０を含む。これら非接触給電装置１０と非接触受電装置２０との間において、非接触にて電力の伝送が行われる。

非接触給電装置１０は、図１に示されるように、コイルへの入力波形を生成するインバーター１１と、給電コイルユニット１２を含む。

インバーター１１は、入力電源３０から印加された電力を所定の駆動周波数ｆｄの交流電力に変換し、給電コイルユニット１２に出力する。駆動周波数ｆｄは、通常の場合、入力電力量が最大となる周波数を、インバーター１１の出力をモニターすることにより選択される。なお、入力電源３０としては、直流電力を出力するものであれば特に制限されず、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等のスイッチング電源装置などが挙げられる。

給電コイルユニット１２は、図２に示されるように、非接触電力伝送用コイルＬ１と、付加容量Ｃ１と、給電側付加容量ケースＫ１を含む。なお、本実施形態に係る非接触電力伝送装置Ｓ１を電気自動車などの車両への給電設備に適用した場合、給電コイルユニット１２は、地中または地面近傍に配設されることとなる。

非接触電力伝送用コイルＬ１は、付加容量Ｃ１に接続され、共振周波数ｆｒ１を有する給電側ＬＣ共振回路を形成している。この非接触電力伝送用コイルＬ１は、インバーター１１から供給された交流電力を後述する非接触電力伝送用コイルＬ２に対して非接触にて給電する役割を担っている。つまり、非接触電力伝送用コイルＬ１は、給電コイルとして機能することとなる。なお、付加容量Ｃ１は、非接触電力伝送用コイルＬ１に直列に接続されていてもよく、並列に接続されていてもよく、あるいは直並列に接続されていてもよい。この付加容量を構成する容量素子としては、複数の積層セラミックコンデンサやフィルムコンデンサなどが挙げられる。

給電側付加容量ケースＫ１は、付加容量Ｃ１を内部に収納する筐体としての機能を有する。給電側付加容量ケースＫ１の材料としては、特に限定されるものではないが、不要な磁界放射ノイズの拡散を抑制するという観点から、銅やアルミニウムが好ましい。

非接触受電装置２０は、図１に示されるように、受電コイルユニット２１と、波形整流器２２を含む。

受電コイルユニット２１は、図２に示されるように、非接触電力伝送用コイルＬ２と、付加容量Ｃ２と、受電側付加容量ケースＫ２を含む。なお、本実施形態に係る非接触電力伝送装置Ｓ１を電気自動車などの車両への給電設備に適用した場合、受電コイルユニット２１は、車両下部に搭載されることとなる。つまり、非接触電力伝送用コイル２１は、受電コイルとして機能することとなる。

非接触電力伝送用コイルＬ２は、付加容量Ｃ２に接続され、共振周波数ｆｒ２を有する受電側ＬＣ共振回路を形成している。この非接触電力伝送用コイルＬ２は、非接触電力伝送用コイルＬ１から給電された交流電力を受電する役割を担っている。つまり、非接触電力伝送用コイルＬ２は、受電コイルとして機能することとなる。なお、付加容量Ｃ２は、非接触電力伝送用コイルＬ２に直列に接続されていてもよく、並列に接続されていてもよく、あるいは直並列に接続されていてもよい。この付加容量Ｃ２を構成する容量素子としては、複数の積層セラミックコンデンサやフィルムコンデンサなどが挙げられる。ここで、非接触電力伝送用コイルＬ１のインダクタンス、付加容量Ｃ１のキャパシタンス、非接触電力伝送用コイルＬ２のインダクタンス、付加容量Ｃ２のキャパシタンスは、給電側ＬＣ共振回路の共振周波数ｆｒ１および受電側ＬＣ共振回路の共振周波数ｆｒ２がｆｒ１＝ｆｒ２となるように設定されている。この場合、非接触電力伝送用コイルＬ１と非接触電力伝送用コイルＬ２が共振結合した状態となり、高効率な電力伝送が可能となる。

受電側付加容量ケースＫ２は、付加容量Ｃ２を内部に収納する筐体としての機能を有する。受電側付加容量ケースＫ２の材料としては、特に限定されるものではないが、不要な磁界放射ノイズの拡散を抑制するという観点から、銅やアルミニウムが好ましい。

波形整流器２２は、非接触電力伝送用コイルＬ２が受電した交流電力を用途に応じた直流あるいは交流の電力波形に変換する機能を有する。この波形整流器２２にて整流された電力は負荷４０に出力される。

（第１実施形態）
続いて、図３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用コイルＬ１，Ｌ２の具体的な構造について詳細に説明する。図３は、本発明の第１実施形態に係る非接触電力伝送用コイルを示す斜視図である。なお、非接触電力伝送用コイルＬ１と非接触電力伝送用コイルＬ２の構造は同様のため、ここでは非接触電力伝送用コイルＬ１の構造のみ説明する。

非接触電力伝送用コイルＬ１は、図３に示されるように、コア部１３と、コア部１３に巻回された巻線１４から構成されている。

コア部１３は、棒状または板状の複数のコア１３０，１３１から構成されている。本実施形態では、２つのコア１３０，１３１が非接触電力伝送用コイルＬ１の中央近傍において各コア１３０，１３１の先端同士が互いに離間するよう交差して配置されている。具体的には、コア１３０とコア１３１が交差部分において一体化されている。より具体的には、複数のコア１３０，１３１のうち、一方のコア１３０は、コア同士の交差部分から離れる方向に伸びる第１のコア１３０ａと、コア同士の交差部分から第１のコア１３０ａの延在方向と反対方向に伸びる第２のコア１３０ｂから構成され、他方のコア１３１は、コア同士の交差部分から離れる方向であって、第１のコア１３０ａおよび第２のコア１３０ｂの延在方向と直交する方向に伸びる第３のコア１３１ａと、コア同士の交差部分から第３のコア１３１ａの延在方向と反対方向に伸びる第４のコア１３１ｂから構成されている。すなわち、複数のコア１３０，１３１はＸ字状に交差している。したがって、複数のコア１３０，１３１のコア同士の交差部分を中心として、第１のコア１３０ａ、第３のコア１３１ａ、第２のコア１３０ｂ、第４のコア１３１ｂがこの順で周回するように配置されていることとなる。複数のコア１３０，１３１の材料としては、磁性材料であれば特に限定されるものではないが、高いインダクタンスおよび結合係数が得られるという観点から、比透磁率の高いフェライトや電磁鋼板が好ましい。

巻線１４は、銅やアルミニウムなどの導線から構成され、複数のコア１３０，１３１に巻回されている。この巻線１４は、単一の導線から構成されていてもよく、複数の導線を撚り合わせたリッツ線から構成されていてもよい。ここで、巻線１４の具体的な巻回方法について詳細に説明する。巻線１４は、図３に示されるように、複数のコア１３０，１３１のコア同士の交差部分を中心として周回するように巻回されている。具体的には、巻線１４は、複数のコア１３０，１３１のコア同士の交差部分の周囲を巻回方向に隣接する複数のコア１３０，１３１のそれぞれの反対側のコア表面上を通過し、且つ、巻回方向に隣接する複数のコア１３０，１３１のコア同士の間を通過するように連続して巻回されている。より具体的には、巻線１４は、第１のコア１３０ａの電力伝送が行われる側のコア表面（図示上側）上を第１のコア１３０ａの延在方向と直交する方向に第４のコア１３１ｂ側から第３のコア１３１ａ側に向けて通過する。続いて、巻線１４は、第１のコア１３０ａと第３のコア１３１ａとの間を、第１のコア１３０ａ（第３のコア１３１ａ）の電力伝送が行われる側（図示上側）から第１のコア１３０ａ（第３のコア１３１ａ）の電力伝送が行われる側とは反対側（図示下側）に向けて通過する。続いて、巻線１４は、第３のコア１３１ａの電力伝送が行われる側とは反対側のコア表面（図示下側）上を第３のコア１３１ａの延在方向と直交する方向に第１のコア１３０ａ側から第２のコア１３０ｂ側に向けて通過する。続いて、巻線１４は、第３のコア１３１ａと第２のコア１３０ｂとの間を、第３のコア１３１ａ（第２のコア１３０ｂ）の電力伝送が行われる側とは反対側（図示下側）から第３のコア１３１ａ（第２のコア１３０ｂ）の電力伝送が行われる側（図示上側）に向けて通過する。続いて、巻線１４は、第２のコア１３０ｂの電力伝送が行われる側のコア表面（図示上側）上を第２のコア１３０ｂの延在方向と直交する方向に第３のコア１３１ａ側から第４のコア１３１ｂ側に向けて通過する。続いて、巻線１４は、第２のコア１３０ｂと第４のコア１３１ｂとの間を、第２のコア１３０ｂ（第４のコア１３１ｂ）の電力伝送が行われる側（図示上側）から第２のコア１３０ｂ（第４のコア１３１ｂ）の電力伝送が行われる側とは反対側（図示下側）に向けて通過する。続いて、巻線１４は、第４のコア１３１ｂの電力伝送が行われる側とは反対側のコア表面（図示下側）上を第４のコア１３１ｂの延在方向と直交する方向に第２のコア１３０ｂ側から第１のコア１３０ａ側に向けて通過する。そして、巻線１４は、第４のコア１３１ｂと第１のコア１３０ａとの間を、第４のコア１３１ｂ（第１のコア１３０ａ）の電力伝送が行われる側とは反対側（図示下側）から第４のコア１３１ｂ（第１のコア１３０ａ）の電力伝送が行われる側（図示上側）に向けて通過し、巻線１４の巻回始端位置に戻る。この巻回方法により所望の巻数にて巻線１４を複数のコア１３０，１３１に巻回する。なお、巻線１４は、配線抵抗の増加を抑制するという本発明の効果が奏される限りにおいて、第１〜第４のコア１３０ａ，１３０ｂ，１３１ａ，１３１ｂの各コアに数ターン程度、巻回しても構わない。

このような巻回方法により、巻線１４が複数のコア１３０，１３１に巻回されることで、非接触電力伝送用コイルＬ１に電流を印加すると、第１および第３のコア１３０ａ，１３１ａと第２および第４のコア１３０ｂ，１３１ｂに逆方向の磁界が発生、すなわち巻回方向に隣接する第１〜第４のコア１３０ａ〜１３１ｂ同士に逆方向の磁界が発生する。

以上のように、本実施形態に係る非接触電力伝送コイルＬ１は、棒状または板状の複数のコア１３０，１３１と、複数のコア１３０，１３１に巻回される巻線１４を備え、複数のコア１３０，１３１は、各コアの先端同士が互いに離間するよう交差して配置されており、巻線１４は、巻回方向に隣接する複数のコア１３０，１３１のそれぞれの反対側のコア表面上を通過し、且つ、巻回方向に隣接する複数のコア１３０，１３１のコア同士の間を通過するように連続して巻回されている。そのため、巻回方向に隣接するコア同士において電流の交差する方向が逆方向となることから、従来の渦巻状に巻回された扁平フラット構造の平面コイルの集合体に比べて、より少ない巻数で大きなインダクタンスを確保した多極構造が実現される。その結果、相互インダクタンスを十分に確保しつつ、配線抵抗の増加が抑制された非接触電力伝送用コイルＬ１を得ることができる。

（第２実施形態）
次に、図４ａ〜図４ｃ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用コイルＬ１０の構成について説明する。図４ａは、本発明の第２実施形態に係る非接触電力伝送用コイルを鉛直上方から見た平面図である。また図４ｂは、図４ａのｉ−ｉ線に沿う非接触電力伝送用コイルの断面図である。また図４ｃは、図４ａのｊ−ｊ線に沿う非接触電力伝送用コイルの断面図である。なお、なお、第２実施形態に係る非接触電力伝送用コイルＬ１０も非接触電力伝送装置における給電コイルおよび受電コイルのいずれにも適用可能であるが、本実施形態では、非接触電力伝送用コイルＬ１０を給電コイルに適用した例を用いて説明する。

非接触電力伝送用コイルＬ１０は、第１実施形態に係る非接触電力伝送用コイルＬ１と同様に、コア部１３と、巻線１４から構成され、コア部１３は、棒状または板状の複数のコア１３０，１３１を有し、２つのコア１３０，１３１が非接触電力伝送用コイルＬ１０の中央近傍において、各コア１３０，１３１の先端同士が互いに離間するよう交差して配置されている。第２実施形態に係る非接触電力伝送用コイルＬ１０は、複数のコア１３０，１３１がそれぞれ突出部１５をさらに備えている点において、第１実施形態に係る非接触電力伝送用コイルＬ１と相違する。以下、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。

突出部１５は、図４ａに示されるように、コア１３０の両端に配置される第１の突出部１５０と第３の突出部１５２と、コア１３１の両端に配置される第２の突出部１５１と第４の突出部１５３を有する。具体的には、第１の突出部１５０は、コア１３０の第１のコア１３０ａの延在方向の先端に設置され、第２の突出部１５１は、コア１３１の第３のコア１３１ａの延在方向の先端に設置され、第３の突出部１５２は、コア１３０の第２のコア１３０ｂの延在方向の先端に設置され、第４の突出部１５３は、コア１３１の第４のコア１３１ｂの延在方向の先端に設置されている。すなわち、複数のコア１３０，１３１のコア同士の交差部分を中心として、第１の突出部１５０、第２の突出部１５１、第３の突出部１５２、第４の突出部１５３がこの順で周回するように配置されている。第１〜第４の突出部１５０〜１５３の材料としては、磁性材料であれば特に限定されるものではないが、高いインダクタンスおよび結合係数が得られるという観点から、比透磁率の高いフェライトや電磁鋼板が好ましい。なお、第１〜第４の突出部１５０〜１５３は、それぞれ第１〜第４のコア１３０ａの先端と一体的に形成されていてもよい。

また、第１および第３の突出部１５０，１５２は、図４ｂに示されるように、第１および第２のコア１３０ａ，１３０ｂの先端部分から電力伝送が行われる側に伸びるように構成されている。同様に、第２および第４の突出部１５１，１５３は、図４ｃに示されるように、第３および第４のコア１３１ａ，１３１ｂの先端部分から電力伝送が行われる側に伸びるように構成されている。本実施形態では、第１〜第４の突出部１５０〜１５３の電力伝送が行われる側に伸びる突出高さは、巻線１４の鉛直上方の表面高さよりも高くなっている。つまり、第１〜第４の突出部１５０〜１５３の高さ寸法は、少なくとも巻線１４の径寸法よりも大きくなっている。なお、本実施形態では、第１〜第４の突出部１５０〜１５３の突出高さは、巻線１４の表面高さよりも高くなっているがこれに限られることなく、巻線１４の表面高さよりも低く構成されていてもよく、巻線１４の表面高さと同一であってもよい。ここで、「電力伝送が行われる側」とは、非接触電力伝送用コイルＬ１０を給電コイルに適用した場合、給電コイルの受電コイルと対向する側のことを意味し、非接触電力伝送用コイルＬ１０を受電コイルに適用した場合、受電コイルの給電コイルと対向する側のことを意味する。

さらに、本実施形態では、第１〜第４の突出部１５０〜１５３は、略正方形状を呈しており、その一辺の長さは複数のコア１３０，１３１の延在方向と直交する方向の幅寸法よりも大きくなっている。また、第１〜第４の突出部１５０〜１５３は、一対の対角線のうち、一方の対角線がコア１３０，１３１の延在方向と平行であって、他方の対角線がコア１３０，１３１の延在方向と直交するように配置されている。なお、本実施形態では、第１〜第４の突出部１５０〜１５３は、略正方形状を呈しているがこれに限られることなく、多角形、円形、楕円形のいずれの形状を呈してもよい。

ここで、本実施形態に係る非接触電力伝送用コイルＬ１０の突出部１５の作用について詳述する。ここでは、上述の非接触電力伝送装置Ｓ１において、給電コイルおよび受電コイルの双方に本実施形態に係る非接触電力伝送用コイルＬ１０を適用した例を用いて説明する。本実施形態では、給電コイル（給電側の非接触電力伝送用コイルＬ１０）の第１〜第４の突出部１５０〜１５３および受電コイル（受電側の非接触電力伝送用コイルＬ１０）の第１〜第４の突出部１５０〜１５３は、電力伝送が行われる側において、互いの表面（先端面）が対向するように配置されており、これら第１〜第４の突出部１５０〜１５３によって、給電コイル（給電側の非接触電力伝送用コイルＬ１０）から受電コイル（受電側の非接触電力伝送用コイルＬ１０）へ放出される磁界の発生する対向面部分の面積を増やすことに加え、放出される磁界の伝送距離を縮めることにより、磁界結合を向上し、巻回方向に隣接するコア１３０，１３１の両端部同士において磁界結合して閉磁路化してしまうことを抑制することができる。

以上のように、本実施形態に係る非接触電力伝送用コイルＬ１０は、複数のコア１３０，１３１は、それぞれ両端に電力伝送が行われる側に伸びる突出部１５を有している。そのため、非接触電力伝送用コイルＬ１０と、当該非接触電力伝送用コイルＬ１０と対向することとなるコイルとの相互インダクタンスを高める効果があり、非接触電力伝送する際の給受電コイル間の磁界結合が増加し、電力伝送効率を向上させることができる。

（第３実施形態）
次に、図５ａおよび図５ｂ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用コイルＬ１１の構成について説明する。図５ａは、本発明の第３実施形態に係る非接触電力伝送用コイルを示す鉛直上方から見た平面図である。図５ｂは、本発明の第３実施形態に係る非接触電力伝送用コイルを示す鉛直下方から見た平面図である。つまり図５ａと図５ｂは、単一の非接触電力伝送用コイルを上方と下方から見た図にそれぞれ対応している。なお、第３実施形態に係る非接触電力伝送用コイルＬ１０も非接触電力伝送装置における給電コイルおよび受電コイルのいずれにも適用可能であるが、本実施形態では、非接触電力伝送用コイルＬ１０を給電コイルに適用した例を用いて説明する。

非接触電力伝送用コイルＬ１０は、第１実施形態に係る非接触電力伝送用コイルＬ１と同様に、コア部１３と、巻線５０から構成され、コア部１３は、棒状または板状の複数のコア１３０，１３１を有し、２つのコア１３０，１３１が非接触電力伝送用コイルＬ１０の中央近傍において、各コア１３０，１３１の先端同士が互いに離間するよう交差して配置されている。第３実施形態に係る非接触電力伝送用コイルＬ１０は、巻線５０の巻回方法が異なる点において、第１実施形態に係る非接触電力伝送用コイルＬ１と相違する。以下、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。

巻線５０は、銅やアルミニウムなどの導線から構成され、複数のコア１３０，１３１に巻回されている。この巻線５０は、単一の導線から構成されていてもよく、複数の導線を撚り合わせたリッツ線から構成されていてもよい。ここで、巻線５０の具体的な巻回方法について詳細に説明する。巻線５０は、第１実施形態と同様に、複数のコア１３０，１３１のコア同士の交差部分の周囲を巻回方向に隣接する複数のコア１３０，１３１のそれぞれの反対側のコア表面上を通過し、且つ、巻回方向に隣接する複数のコア１３０，１３１のコア同士の間を通過するように連続して巻回されている部分を有する。本実施形態では、巻線５０の一部は、複数のコア１３０，１３１のコア同士の交差部分を覆うように巻回されている。具体的には、巻線５０の一部は、図５ａに示されるように、第１のコア１３０ａの電力伝送が行われる側のコア表面上ではなく、複数のコア１３０，１３１のコア同士の交差部分を第１のコア１３０ａの延在方向と直交する方向に第４のコア１３１ｂ側から第３のコア１３１ａに向けて通過する第１の部分１４ａと、第２のコア１３０ｂの電力伝送が行われる側のコア表面上ではなく、複数のコア１３０，１３１のコア同士の交差部分を第２のコア１３０ｂの延在方向と直交する方向に第３のコア１３１ａ側から第４のコア１３１ｂ側に向けて通過する第２の部分１４ｂと、を有する。この第１および第２の部分１４ａ，１４ｂにより、複数のコア１３０，１３１のコア同士の電力伝送が行われる側の交差部分が覆われている。同様に、巻線５０の一部は、図５ｂに示されるように、第３のコア１３１ａの電力伝送が行われる側とは反対側のコア表面上ではなく、複数のコア１３０，１３１のコア同士の交差部分を第３のコア１３１ａの延在方向と直交する方向に第１のコア１３０ａ側から第２のコア１３０ｂ側に向けて通過する第３の部分１４ｃと、第４のコア１３１ｂの電力伝送が行われる側とは反対側のコア表面上ではなく、複数のコア１３０，１３１のコア同士の交差部分を第４のコア１３１ｂの延在方向と直交する方向に第２のコア１３０ｂ側から第１のコア１３０ａ側に向けて通過する第４の部分１４ｄと、を有する。この第３および第４の部分１４ｃ，１４ｄにより、複数のコア１３０，１３１のコア同士の電力伝送が行われる側とは反対側の交差部分が覆われている。本実施形態では、第１の部分１４ａと第２の部分１４ｂが複数のコア１３０，１３１のコア同士の交差部分において接触するように巻回されており、複数のコア１３０，１３１のコア同士の電力伝送が行われる側の交差部分が完全に覆われている。また、第３の部分１４ｃと第４の部分１４ｄが複数のコア１３０，１３１のコア同士の交差部分において接触するように巻回されており、複数のコア１３０，１３１のコア同士の電力伝送が行われる側とは反対側の交差部分が完全に覆われている。

これにより、複数のコア１３０，１３１のコア同士の公差部分において、コアの露出を少なくし、コア１３０，１３１の交差部分からの磁界の放出を最小限に抑えることができる。その結果、複数のコア１３０，１３１の交差部分と、複数のコア１３０，１３１の先端部分との磁界結合を減らし、閉磁路化を抑制することができ、電力伝送効率の低下を抑制できる。

以上のように、本実施形態に係る非接触電力伝送用コイルＬ１１は、巻線５０の一部は、複数のコア１３０，１３１の交差部分を覆うように巻回されている。そのため、コア１３０，１３１の交差部分から発生する不要な放射磁界を抑制し、閉磁路の発生を抑制することができ、それにより電力伝送効率を向上させることができる。

以下、本実施形態によって相互インダクタンスを十分に確保しつつ、配線抵抗の増加を抑制できることを実施例と比較例とによって具体的に示す。但し、本発明はこれらに限定されない。

実施例では、給電コイルに非接触電力伝送用コイルＬ１、受電コイルに非接触電力伝送用コイルＬ２を用いた上述の第１実施形態に係る非接触電力伝送装置Ｓ１を用いた。比較例では、図７ａ及び図７ｂに示された給電コイルＬ１００及び受電コイルＬ２００を用いた従来の非接触電力伝送装置Ｓ１００を用いた。

ここで、実施例の非接触電力伝送装置Ｓ１において、非接触電力伝送用コイルＬ１（給電コイル）及び非接触電力伝送用コイルＬ２（受電コイル）は、一辺の長さが４００〔ｍｍ〕の正方形とし、非接触電力伝送用コイルＬ１と非接触電力伝送用コイルＬ２との間の距離は１００〔ｍｍ〕とし、非接触電力伝送用コイルＬ１及び非接触電力伝送用コイルＬ２の相互インダクタンスが２０〔μＨ〕となるように設定した。また、比較例の非接触電力伝送装置Ｓ１００において、給電コイルＬ１００及び受電コイルＬ２００は、一辺の長さが４００〔ｍｍ〕の正方形とし、給電側及び受電側の磁心コア３００は、一辺の長さが５００〔ｍｍ〕の正方形とし、給電コイルＬ１００と受電コイルＬ２００との間の距離は１００〔ｍｍ〕とし、給電コイルＬ１００及び受電コイルＬ２００の相互インダクタンスが２０〔μＨ〕となるように設定した。

実施例及び比較例において、コイルの巻線の配線長をそれぞれ測定した。なお、比較例においては、４つの給電コイルＬ１００それぞれの配線長の合計を測定した。測定結果を図６に示す。

図６に示すグラフは、実施例及び比較例の配線全長ならびに配線長比を示すグラフである。図６中、左側縦軸は配線全長〔ｍｍ〕を表示し、右側縦軸は配線長比〔％〕を表示している。図６に示されるように、実施例の配線全長は９０６０〔ｍｍ〕であるのに対し、比較例の配線全長（４つの給電コイルＬ１００の配線長の合計）は１６７２５〔ｍｍ〕となっており、実施例は、比較例に比して配線長が大幅に削減できていることが確認できた。具体的には、実施例は比較例に比して配線長を約１／２に削減することができた。すなわち、実施例は、相互インダクタンスを十分に確保しつつ、配線抵抗の増加が抑制されていることが確認できた。以上のことから、本実施形態の有効性が確認できた。

１０…非接触給電装置、１１…インバーター、１２…給電コイルユニット、１３…コア部、１３０、１３１…コア、１３０ａ…第１のコア、１３０ｂ…第２のコア、１３１ａ…第３のコア、１３１ｂ…第４のコア、１４，５０…巻線、１５０…第１の突出部、１５１…第２の突出部、１５２…第３の突出部、１５３…第４の突出部、２０…非接触受電装置、２１…受電コイルユニット、２２…波形整流器、３０…入力電源、４０…負荷、５０ａ…第１の部分、５０ｂ…第２の部分、５０ｃ…第３の部分、５０ｄ…第４の部分、３００…磁心コア、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ１０，Ｌ１１…非接触電力伝送用コイル、Ｌ１００…給電コイル、Ｌ２００…受電コイル、Ｃ１，Ｃ２…付加容量、Ｋ１…給電側付加容量ケース、Ｋ２…受電側付加容量ケース、Ｓ１…非接触電力伝送装置、Ｓ１００…非接触電力伝送装置。

Claims

棒状または板状の複数のコアと、
前記複数のコアに巻回される巻線を備え、
前記複数のコアは、各コアの先端同士が互いに離間するよう交差して配置されており、
前記巻線は、巻回方向に隣接する前記複数のコアのそれぞれの反対側のコア表面上を通過し、且つ、巻回方向に隣接する前記複数のコアのコア同士の間を通過するように連続して巻回されている部分を有することを特徴とする非接触電力伝送用コイル。
前記複数のコアは、それぞれ両端に電力伝送が行われる側に伸びる突出部を有することを特徴とする請求項１に記載の非接触電力伝送用コイル。
前記巻線の一部は、前記複数のコアの交差部分を覆うように巻回されていることを特徴とする請求項１または２に記載の非接触電力伝送用コイル。
給電コイルから受電コイルに非接触にて電力が伝送される非接触電力伝送装置であって、
前記給電コイルおよび前記受電コイルのいずれか一方が、請求項１〜３のいずれか一項に記載の非接触電力伝送用コイルであることを特徴とする非接触電力伝送装置。