JP7802566B2 - 非接触電力伝送装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、非接触電力伝送装置に関する。

非接触電力伝送装置は、例えば、一次側のコイルユニットと、二次側のコイルユニットとにより構成される。一次側および二次側のコイルユニットは、間隔をおいて対向配置される。一次側および二次側のコイルユニットは、鉄心と、鉄心に巻かれた巻線などをそれぞれ備えている。非接触電力伝送装置は、一次側および二次側のコイルユニット間において、例えば電磁誘導を利用することで、非接触で電力の伝送を行うことができる。

特開平６－１６３２７３号公報 特開２０１５－１４９８３３号公報 特開２００９－２００１７４号公報 特開２００５－２０８５０号公報

本発明の実施形態の課題は、電力の伝送効率の低下を抑制することが可能な非接触電力伝送装置を提供することである。

実施形態によれば、非接触電力伝送装置は、筒状の側壁と前記側壁の一端を閉じる底壁とを有するケースと、前記ケースに収容された鉄心と、前記鉄心に巻かれた巻線と、をそれぞれ有する一対のコイルユニットを備える。前記側壁は、前記底壁と反対側に位置する端面を有し、前記一対のコイルユニットは、前記側壁の中心軸が同軸上にそれぞれ位置するとともに、前記中心軸に沿う軸方向において前記端面が間隔をおいて対向し、前記一対のコイルユニットの少なくとも一方において、前記端面は、前記ケースの外部への漏れ磁束が発生する領域を調整するために、前記中心軸を中心とする周方向に不等間隔に並ぶ複数の凹部を有する。

図１は、第１実施形態の非接触電力伝送装置を示す概略的な斜視図。 図２は、第１実施形態の非接触電力伝送装置を示す概略的な斜視断面図。 図３は、第１実施形態の非接触電力伝送装置が備えるコイルユニットを示す概略的な斜視図。 図４は、図３に示すコイルユニットの概略的な分解斜視図。 図５は、第１実施形態のコイルユニットが備えるケースの一例を示す概略的な斜視図。 図６は、図５におけるＶＩ－ＶＩ線に沿って示すケースの概略的な断面図。 図７は、凹部を示す概略的な部分拡大図。 図８は、図５に示すケースの概略的な平面図。 図９は、図８におけるＩＸ部を示す概略的な部分拡大図。 図１０は、コイルユニットが備えるケースの他の例を示す概略的な斜視図。 図１１は、第１実施形態の非接触電力伝送装置の比較例を示す図。 図１２は、渦電流損失および渦電流損失の低減率の解析結果を示す図。 図１３は、第１凹部近傍における磁束密度の解析結果を示す図。 図１４は、第２凹部近傍における磁束密度の解析結果を示す図。 図１５は、第１実施形態における渦電流損失と磁束密度の関係を説明するための図。 図１６は、第２実施形態の非接触電力伝送装置におけるコイルユニットが備えるケースの一例を示す概略的な斜視図。 図１７は、コイルユニットが備えるケースの他の例を示す概略的な斜視図。 図１８は、渦電流損失および渦電流損失の低減率の解析結果を示す図。 図１９は、第１凹部近傍における磁束密度の解析結果を示す図。 図２０は、第２凹部近傍における磁束密度の解析結果を示す図。 図２１は、第３実施形態の非接触電力伝送装置におけるコイルユニットが備えるケースの一例を示す概略的な平面図。 図２２は、第２凹部近傍における磁束密度の解析結果を示す図。

以下に図面を参照しながら、本発明の各実施形態について説明する。
なお、開示はあくまで一例にすぎず、以下の各実施形態に記載した内容により発明が限定されるものではない。当業者が容易に想到し得る変形は、当然に開示の範囲に含まれる。説明をより明確にするため、図面において、各部分のサイズ、形状などを実際の実施態様に対して変更して模式的に表す場合もある。本発明の各実施形態においては、非接触電力伝送装置の一例として、回転型の非接触電力伝送装置を開示する。非接触電力伝送装置は、トランスなどと呼ばれる場合がある。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態の非接触電力伝送装置１を示す概略的な斜視図である。図２は、第１実施形態の非接触電力伝送装置１を示す概略的な斜視断面図である。図３は、第１実施形態の非接触電力伝送装置１が備えるコイルユニット１０Ａを示す概略的な斜視図である。図４は、図３に示すコイルユニット１０Ａの概略的な分解斜視図である。

図１および図２に示すように、非接触電力伝送装置１は、一対のコイルユニット１０を備えている。一対のコイルユニット１０は、一次側のコイルユニット（以下、「コイルユニット１０Ａ」と呼ぶ）と、二次側のコイルユニット（以下、「コイルユニット１０Ｂ」と呼ぶ）と、により構成されている。

一例として、コイルユニット１０Ａは給電側に相当し、コイルユニット１０Ｂは受電側に相当する。本実施形態において、例えばコイルユニット１０Ａは固定された機器に設けられた固定側であり、コイルユニット１０Ｂは回転する機器に設けられた回転側である。図３においては、一例として固定側であるコイルユニット１０Ａを示している。

コイルユニット１０Ａが備える巻線５０（図２に示す）に電流が流れると、電磁誘導作用によってコイルユニット１０Ｂが備える巻線５０（図２に示す）に電圧が発生し、コイルユニット１０Ａからコイルユニット１０Ｂへ電力が伝送される。

コイルユニット１０Ａ，１０Ｂは、環状に形成されている。コイルユニット１０Ａの中心軸は、コイルユニット１０Ｂの中心軸と同軸上に位置している。コイルユニット１０Ａの中心軸およびコイルユニット１０Ｂの中心軸をまとめて中心軸ＣＸと呼ぶ。以下の説明では、中心軸ＣＸの延在方向を軸方向Ｘ、中心軸ＣＸを中心とする周方向θ、中心軸ＣＸを中心として中心軸ＣＸから離れる方向を径方向Ｒとそれぞれ定義する。軸方向Ｘは中心軸ＣＸに沿う方向であり、径方向Ｒは軸方向Ｘと交差（例えば、直交）する方向である。

コイルユニット１０Ａは、軸方向Ｘにおいてコイルユニット１０Ｂと間隔をおいて対向している。コイルユニット１０Ａとコイルユニット１０Ｂとの間には、隙間Ｇが形成されている。コイルユニット１０Ｂは、コイルユニット１０Ａに対して中心軸ＣＸを中心に回転自在に設けられている。コイルユニット１０Ｂは、コイルユニット１０Ａと基本的な構成は同じである。以下、コイルユニット１０Ａについて、主に説明する。

図２および図４に示すように、コイルユニット１０Ａは、ケース２０と、ケース２０に収容された鉄心３０と、ボビン４０と、巻線５０と、カバー６０と、を備えている。ケース２０、鉄心３０、ボビン４０、巻線５０、およびカバー６０は、軸方向Ｘに沿ってこの順で並んでいる。

ケース２０は、例えばアルミニウム合金などの金属材料によって形成されている。ケース２０は、中心軸を中心とする筒状の側壁７０と、底壁２１と、を有している。底壁２１は、軸方向Ｘにおける側壁７０の一端を閉じている。側壁７０の中心軸は、コイルユニット１０Ａの中心軸ＣＸと一致している。

側壁７０と底壁２１とは、一体で形成されてもよいし、別部材から形成されてもよい。側壁７０と底壁２１とが別部材から形成される場合、例えば、側壁７０は接着材やねじなどの固定部材によって底壁２１と接続される。

側壁７０は、筒状の第１側壁７１と、筒状の第２側壁７２と、複数の凹部８０と、を有している。本実施形態において、第１側壁７１および第２側壁７２は、円筒状に形成されている。第１側壁７１および第２側壁７２は、軸方向Ｘに沿って一様な径でそれぞれ延びている。第１側壁７１の軸方向Ｘの長さは、第２側壁７２の軸方向Ｘの長さとおおよそ等しい。

第１側壁７１は径方向Ｒ内側に位置し、第２側壁７２は径方向Ｒ外側に位置している。第２側壁７２は、径方向Ｒに第１側壁７１から間隔をおくとともに、径方向Ｒ外側から第１側壁７１を囲っている。

底壁２１は、中心軸ＣＸを中心とする円板状に形成されている。底壁２１の外径は、例えば第２側壁７２の外径よりも大きい。底壁２１の中央部には、中心軸ＣＸを中心とする円形の開口が形成されている。

ケース２０には、底壁２１、第１側壁７１、および第２側壁７２によって環状の収容部２２が形成されている。第１側壁７１の内側には、中空の軸部２３が形成されている。底壁２１は、第２側壁７２よりも径方向Ｒ外側に位置するフランジ部２４を有している。

一例として、コイルユニット１０Ａは、外径が約１１００ｍｍ、内径が約４００ｍｍ、軸方向Ｘの長さが約７０ｍｍである。底壁２１の軸方向Ｘの長さ、第１側壁７１および第２側壁７２の径方向Ｒの長さは、約１０ｍｍである。第１側壁７１の軸方向Ｘの長さおよび第２側壁７２の軸方向Ｘの長さは、約５０ｍｍである。コイルユニット１０Ｂにおいても、コイルユニット１０Ａと同じ大きさである。

鉄心３０は、収容部２２に収容されている。鉄心３０は、フェライトなどの磁性体によって形成されている。径方向Ｒにおいて、鉄心３０は、第１側壁７１と第２側壁７２との間に位置している。鉄心３０は、例えば接着材などによってケース２０に固定されている。

鉄心３０は、中心軸ＣＸを中心とする筒状の脚部３１と、底部３２と、を有している。底部３２は、軸方向Ｘにおける脚部３１の一端を閉じている。脚部３１は、第１脚部３３と、第２脚部３４と、第１脚部３３と第２脚部３４との間の第３脚部３５と、により構成されている。本実施形態において、第１脚部３３、第２脚部３４、および第３脚部３５は、円筒状に形成されている。第１脚部３３は径方向Ｒ内側に位置し、第２脚部３４は径方向Ｒ外側に位置している。

第１脚部３３と、第２脚部３４、および第３脚部３５は、軸方向Ｘに沿って一様な径でそれぞれ延びている。第１脚部３３と、第２脚部３４、および第３脚部３５の軸方向Ｘの長さは、それぞれ等しい。

鉄心３０は、底部３２、第１脚部３３、および第３脚部３５によって形成される第１巻部３６と、底部３２、第２脚部３４、および第３脚部３５によって形成される第２巻部３７と、を有している。図２および図４に示す例においては、第１巻部３６は第２巻部３７よりも大きいが、第１巻部３６は第２巻部３７よりも小さくてもよいし、第１巻部３６は第２巻部３７と同じ大きさでもよい。

図２に示す例において、鉄心３０は、断面形状がＥ字型に形成されている。鉄心３０は、軸方向Ｘにおいて底壁２１と反対側に向けて開口するように収容部２２に設けられている。

径方向Ｒにおいて、第１脚部３３は第１側壁７１と対向し、第２脚部３４は第２側壁７２と対向している。図２に示す例において、第１脚部３３は第１側壁７１と接し、第２脚部３４は第２側壁７２と接している。軸方向Ｘにおいて、底部３２は、底壁２１と対向している。

ボビン４０は、樹脂材料で形成されている。ボビン４０は、第１巻部３６の内面を覆う第１ボビン４１と、第２巻部３７の内面を覆う第２ボビン４２と、を有している。巻線５０は、周方向θに沿って鉄心３０に巻かれている。巻線５０は、銅、アルミニウム合金などの金属材料によって形成されている。図示されていないが、例えば、コイルユニット１０Ａの巻線５０は電力を供給する電源部と接続され、コイルユニット１０Ｂの巻線５０は電気負荷部と接続されている。

巻線５０は、第１巻部３６において鉄心３０に巻かれた第１巻線５１と、第２巻部３７において鉄心３０に巻かれた第２巻線５２と、を有している。例えば、第１巻線５１に流れる電流は、第２巻線５２に流れる電流と反対方向に流れる。図２に示す例において、第１巻線５１と鉄心３０との間には第１ボビン４１が位置し、第２巻線５２と鉄心３０との間には第２ボビン４２が位置している。

図２に示す例において、巻線５０を形成する線材は、断面形状が円形に形成されている。一例として、コイルユニット１０Ａにおいて、第１巻線５１の線材の直径は第２巻線５２の線材の直径よりも大きく、コイルユニット１０Ｂにおいて、第１巻線５１の線材の直径は第２巻線５２の線材の直径よりも小さい。

他の観点からは、軸方向Ｘにおいて、コイルユニット１０Ａの第１巻線５１とコイルユニット１０Ｂの第１巻線５１とは線材の直径が異なり、コイルユニット１０Ａの第２巻線５２とコイルユニット１０Ｂの第２巻線５２とは線材の直径が異なる。

カバー６０は、巻線５０、ボビン４０、および鉄心３０が収容部２２から脱落することを防止する。図２および図４に示す例において、カバー６０は、軸方向Ｘにおいて、側壁７０と収容部２２とに重なるように設けられている。カバー６０は、ＰＰＳ、ＰＥＥＫなどの樹脂材料によって形成されている。カバー６０は、中心軸ＣＸを中心とする円板状に形成されている。カバー６０の中央部には、中心軸ＣＸを中心とする円形の開口が形成されている。

カバー６０の外径は、第２側壁７２の外径とおおよそ等しい。カバー６０の内径は、第１側壁７１の内径とおおよそ等しい。カバー６０の内径は、開口の直径に相当する。カバー６０の外径は第２側壁７２の外径よりも大きくてもよいし、小さくてもよい。カバー６０の内径は、第１側壁７１の内径よりも大きくてもよいし、小さくてもよい。

カバー６０の軸方向Ｘの長さは、一例として、約２～３ｍｍである。図２に示す例において、カバー６０には、複数の凹部８０と重なる複数の突起６１が内縁６２および外縁６３に沿って形成されている。

複数の突起６１が複数の凹部８０と重なることで、カバー６０はケース２０に固定される。他の例として、カバー６０は、接着材やねじなどの固定部材によってケース２０に固定されてもよい。複数の突起６１の数量は、複数の凹部８０の数量と等しくてもよいし、異なってもよい。突起６１は、内縁６２側にのみ形成されてもよいし、外縁６３側にのみ形成されてもよい。カバー６０は、突起６１を有さなくてもよい。

図２に示すように、コイルユニット１０Ａのカバー６０とコイルユニット１０Ｂのカバー６０とは、軸方向Ｘにおいて、間隔をおいて対向している。他の観点からは、コイルユニット１０Ａのカバー６０とコイルユニット１０Ｂのカバー６０との間には、隙間Ｇが位置している。軸方向Ｘにおけるコイルユニット１０Ａのカバー６０とコイルユニット１０Ｂのカバー６０との間隔は、例えば約２ｍｍである。

図５は、第１実施形態のコイルユニット１０Ａが備えるケース２０の一例を示す概略的な斜視図である。図６は、図５におけるＶＩ－ＶＩ線に沿って示すケース２０の概略的な断面図である。図７は、凹部８０を示す概略的な部分拡大図である。図８は、図５に示すケース２０の概略的な平面図である。図９は、図８におけるＩＸ部を示す概略的な部分拡大図である。図１０は、コイルユニット１０Ａ，１０Ｂが備えるケース２０の他の例を示す概略的な斜視図である。

上述の通り、ケース２０は、第１側壁７１および第２側壁７２により構成された側壁７０と、底壁２１と、を有している。側壁７０は、底壁２１と反対側に位置する端面７３を有している。図２に示す例において、軸方向Ｘにおいて、端面７３は、鉄心３０の脚部３１が底部３２と反対側に位置する端面と同一平面上に位置している。端面７３は、例えば径方向Ｒと平行な面である。

端面７３は、第１側壁７１が有する第１端面７４と、第２側壁７２が有する第２端面７５と、を有する。第１端面７４および第２端面７５は、中心軸ＣＸと直交する同一平面上に位置している。

図２に示すように、軸方向Ｘにおいて、コイルユニット１０Ａの端面７３は、コイルユニット１０Ｂの端面７３と間隔をおいて対向している。軸方向Ｘにおけるコイルユニット１０Ａの端面７３とコイルユニット１０Ｂの端面７３との間隔は、例えば約７ｍｍである。図２に示す位置において、コイルユニット１０Ａの複数の凹部８０は、コイルユニット１０Ｂの複数の凹部８０と対向している。

側壁７０には、複数の凹部８０が形成されている。複数の凹部８０は、隙間Ｇに向けて開口している。複数の凹部８０は、複数の第１凹部８１と、複数の第２凹部８２と、により構成されている。第１端面７４は周方向θに間隔をおいて並ぶ複数の第１凹部８１を有し、第２端面７５は周方向θに間隔をおいて並ぶ複数の第２凹部８２を有している。

第１凹部８１，第２凹部８２は、軸方向Ｘにおいて底壁２１に向けて凹んでいる。隣り合う第１凹部８１と第１凹部８１との間には第１壁部８３が形成され、隣り合う第２凹部８２と第２凹部８２との間には第２壁部８４が形成されている。径方向Ｒにおいて、第１凹部８１および第１壁部８３は、第１脚部３３の一端側と対向し、第２凹部８２および第２壁部８４は、第２脚部３４の一端側と対向する。

図７は、第２側壁７２を径方向Ｒ外側から見た図である。第２凹部８２は、軸方向Ｘに第２端面７５から底壁２１に向けて延びる一対の面８０１，８０２と、周方向θに延びる接続面８０３と、を有している。面８０１は、周方向θにおいて、面８０２と対向している。接続面８０３は、一対の面８０１，８０２の一端同士を接続している。本実施形態において、一対の面８０１，８０２は軸方向Ｘと平行な面であり、接続面８０３は径方向Ｒと平行な面である。

図７においては、一対の面８０１，８０２の軸方向Ｘの長さを長さＬ１として示し、第２側壁７２の軸方向Ｘの長さを長さＬ２として示す。図７に示すように、長さＬ１は、長さＬ２以下である（Ｌ１≦Ｌ２）。例えば、長さＬ１は長さＬ２の半分よりも小さい。他の例として、長さＬ１は長さＬ２の４分の１よりも小さい。

一例として、長さＬ１は約７．５ｍｍであり、長さＬ２は約５０ｍｍである。図７に示す例において、長さＬ１は、接続面８０３の周方向θの長さよりも小さい。例えば、長さＬ１は、接続面８０３の周方向θの長さよりも大きくてもよい。

本実施形態において、第１凹部８１は、第２凹部８２と同様に構成されている。第１凹部８１は、軸方向Ｘに第１端面７４から底壁２１に向けて延びる一対の面８０１，８０２と、接続面８０３と、を有している。第１凹部８１の一対の面８０１，８０２の軸方向Ｘの長さは、例えば、長さＬ１とおおよそ等しい。

本実施形態において、第１凹部８１および第２凹部８２は、周方向θにおいて等間隔にそれぞれ並んでいる。ここで、等間隔に並ぶとは、周方向θに隣り合う凹部８０と凹部８０との間隔が等しいことをいう。より具体的には、第１壁部８３の周方向θの長さはそれぞれ等しく、第２壁部８４の周方向θの長さはそれぞれ等しい。第１壁部８３および第２壁部８４の周方向θの長さとは、凹部８０の面８０１から隣り合う他の凹部８０の面８０２までの長さである。

本実施形態において、第１凹部８１の数量は、第２凹部８２の数量と等しい。図５乃至図９に示す例において、第１凹部８１および第２凹部８２の数量は、８個である。第１凹部８１および第２凹部８２の数量は、８個に限られず、７個以下でもよいし、９個以上でもよい。

図１０に示すように、例えば、第１凹部８１および第２凹部８２の数量は、それぞれ３２個でもよい。図１０における第１凹部８１および第２凹部８２は、図５における第１凹部８１および第２凹部８２と同様に構成されている。他の例として、第１凹部８１および第２凹部８２の数量は、１６個でもよいし、６４個でもよい。

図８に示すように、例えば、径方向Ｒにおいて、第１凹部８１は、第２凹部８２とそれぞれ重なっている。より具体的には、周方向θにおける第１凹部８１の位置は、周方向θにおける第２凹部８２の位置とそれぞれ等しい。

本実施形態において、周方向θにおける第１凹部８１の角度は、周方向θにおける第２凹部８２の角度と異なっている。ここで、角度とは、周方向θにおける面８０１から面８０２までの角度である。図９においては、周方向θにおける第１凹部８１の角度を角度θ１として示し、周方向θにおける第２凹部８２の角度を角度θ２として示す。

図９に示す例において、角度θ１は、角度θ２よりも大きい。一例として、角度θ１は５度（ｄｅｇｒｅｅｓ）であり、角度θ２は２．５度（ｄｅｇｒｅｅｓ）である。角度θ１は角度θ２と等しくてもよいし、角度θ１は角度θ２よりも小さくてもよい。

周方向θの長さの観点からは、第１凹部８１の周方向θの長さは第２凹部８２の周方向θの長さと等しくてもよいし、第１凹部８１の周方向θの長さは第２凹部８２の周方向θの長さよりも短くてもよいし、長くてもよい。

図１１は、第１実施形態の非接触電力伝送装置１の比較例を示す図である。図１１においては、比較例である非接触電力伝送装置１００の断面の一部を示している。非接触電力伝送装置１００は、一対のコイルユニット１０を備えている。

一対のコイルユニット１０は、コイルユニット１０Ａと、コイルユニット１０Ｂと、により構成されている。コイルユニット１０Ａ，１０Ｂは、ケース２００を備えている。非接触電力伝送装置１００において、ケース２００には、複数の凹部８０が形成されていない。

次に、図１１を用いて、ケースに発生する渦電流について説明する。図１１においては、電流の流れ方向を印Ｓ１と、印Ｓ２と、によって示している。図中において、印Ｓ１は手前から奥へ向かう方向を示し、印Ｓ２は奥から手前へ向かう方向を示している。

コイルユニット１０Ａにおいて、巻線５０に電流が流れると、ケース２００を貫く磁束によりケース２００には周方向θに流れる渦電流に発生する。図１１に示す例には、第１側壁７１の第１端面７４側および第２側壁７２の第２端面７５側に発生する渦電流をそれぞれ示している。第１側壁７１に発生した渦電流は第１巻線５１に流れる電流と反対方向に流れ、第２側壁７２に発生した渦電流は第２巻線５２に流れる電流と反対方向に流れている。

コイルユニット１０Ｂにおいても、ケース２００を貫く磁束によりケース２００には渦電流が発生する。図１１に示す例において、第１側壁７１の第１端面７４側および第２側壁７２の第２端面７５側に流れる渦電流をそれぞれ示している。非接触電力伝送装置において、渦電流は、ケースなどの発熱、一対のコイルユニット間における電力の伝送効率の低下などの原因となり得る。

次に、本実施形態における渦電流損失および漏れ磁束の解析結果について、説明する。図１２は、渦電流損失および渦電流損失の低減率の解析結果を示す図である。図１２における数量は、第１凹部８１および第２凹部８２の数量に相当する。第１凹部８１の数量は、第２凹部８２の数量と等しい。

数量が０個の場合は、図１１を用いて説明した比較例である非接触電力伝送装置１００に相当する。数量が８個の場合は図５乃至図９を用いて説明したケース２０を備える非接触電力伝送装置１に相当し、数量が３２個の場合は図１０を用いて説明したケース２０を備える非接触電力伝送装置１に相当する。

渦電流損失は、ケースに発生した渦電流による損失を示すものである。低減率は、数量が０個の場合を基準として、第１凹部８１および第２凹部８２の数量における渦電流損失の低減率を算出している。各数量において、第１凹部８１および第２凹部８２における、一対の面８０１，８０２の長さＬ１および接続面８０３の周方向θの長さは、それぞれ等しい。

数量が０個の場合、渦電流損失は、１５９６．７Ｗであった。数量が８個の場合、渦電流損失は１４８０．８Ｗであり、低減率は７．３％であった。数量が１６個の場合、渦電流損失は１３０９．７Ｗであり、低減率は１８．０％であった。数量が３２個の場合、渦電流損失は１１９７．７Ｗであり、低減率は２５．０％であった。数量が６４個の場合、渦電流損失は７９４．７Ｗであり、低減率は５０．２％であった。

図１３は、第１凹部８１近傍における磁束密度の解析結果を示す図である。図１４は、第２凹部８２近傍における磁束密度の解析結果を示す図である。図１３においては第１凹部８１よりも径方向Ｒ内側の点Ａ（図２に示す）から周方向θに沿って磁束密度を解析したものを示し、図１４においては第２凹部８２よりも径方向Ｒ外側の点Ｂ（図２に示す）から周方向θに沿って磁束密度を解析したものを示している。

図１３および図１４における数量は、図１２と同様、第１凹部８１および第２凹部８２の数量に相当する。図１３および図１４における角度は、点Ａ，Ｂからの中心軸ＣＸを中心とする角度である。

図１３および図１４において、例えば、各数量における最大の磁束密度を示す角度は周方向θにおける第１凹部８１および第２凹部８２が形成された角度を含み、各数量における最小の磁束密度を示す角度は周方向θにおける第１壁部８３および第２壁部８４が形成された角度を含む。

図１３および図１４において、第１凹部８１および第２凹部８２が形成された角度を含む領域は漏れ磁束の影響が大きい領域に相当し、第１壁部８３および第２壁部８４が形成された角度を含む領域は漏れ磁束の影響が小さい領域に相当する。

図１５は、第１実施形態における渦電流損失と磁束密度の関係を説明するための図である。図１５においては、第１凹部８１近傍の点Ａにおける磁束密度と、第２凹部８２近傍の点Ｂにおける磁束密度と、をそれぞれ示している。

図１５において、第１凹部８１および第２凹部８２の数量が増加すると、渦電流損失は低減し、磁束密度は大きくなる。他の観点からは、第１凹部８１および第２凹部８２の数量が増加すると、ケース２０の外部へ漏れる漏れ磁束が増大している。渦電流損失の低減と漏れ磁束の増大とは、トレードオフの関係にある。

以上のように構成された本実施形態の非接触電力伝送装置１によれば、ケース２０は、複数の凹部８０を有している。より具体的には、第１側壁７１の第１端面７４には周方向θに間隔をおいて並ぶ複数の第１凹部８１が形成され、第２側壁７２の第２端面７５には周方向θに間隔をおいて並ぶ複数の第２凹部８２が形成されている。

第１凹部８１および第２凹部８２によって、第１側壁７１の第１端面７４側および第２側壁７２の第２端面７５側に発生する渦電流の経路を遮断することができる。これにより、ケース２０において、第１側壁７１の第１端面７４側および第２側壁７２の第２端面７５側に周方向に沿って渦電流が流れにくくなり、渦電流損失を低減することができる。

渦電流が流れにくくなることで、非接触電力伝送装置１の発熱を抑制することができるとともに、コイルユニット１０Ａからコイルユニット１０Ｂへの電力の伝送効率の低下を抑制することができる。

本実施形態のように、コイルユニット１０Ａおよびコイルユニット１０Ｂの側壁７０において、複数の凹部８０をそれぞれ形成することで、渦電流損失をより低減することができる。また、第１側壁７１および第２側壁７２において、第１凹部８１および第２凹部８２をそれぞれ形成することで、渦電流損失をより低減することができる。その結果、本実施形態においては、電力の伝送効率の低下をさらに抑制することができる。

さらに、第１壁部８３および第２壁部８４によって、ケース２０の外部へ磁束が漏れることを抑制することができる。他の観点からは、図１３および図１４を用いて説明したように、第１壁部８３および第２壁部８４が形成された角度を含む領域において、ケース２０の外部には、漏れ磁束の影響が小さい領域を形成することができる。

その結果、非接触電力伝送装置１の外部に設けられた周辺機器への漏れ磁束の影響（例えば、発熱など）を抑制することができる。周辺機器は、例えばケーブルなどの金属部品である。

本実施形態において、複数の凹部８０は、周方向θにおいて等間隔に並んでいる。そのため、非接触電力伝送装置１の外部には、漏れ磁束の影響が大きい領域と、漏れ磁束の影響が小さい領域と、を等間隔に形成することができる。複数の凹部８０の数量および大きさは、例えば、予め設定された非接触電力伝送装置１の外部における漏れ磁束の磁束密度のしきい値に対して適宜設定することができる。

次に、他の実施形態について説明する。なお、以下に述べる他の実施形態において、上述した第１実施形態と同一の部分には、第１実施形態と同一の参照符号を付して、その詳細な説明を省略あるいは簡略化する場合がある。

［第２実施形態］
図１６は、第２実施形態の非接触電力伝送装置１におけるコイルユニット１０Ａが備えるケース２０の一例を示す概略的な斜視図である。図１７は、コイルユニット１０Ａが備えるケース２０の他の例を示す概略的な斜視図である。図１６および図１７におけるケース２０は、コイルユニット１０Ａ，１０Ｂにそれぞれ適用することができる。第２実施形態の非接触電力伝送装置１は、ケース２０の形状が第１実施形態と相違する。

図１６および図１７に示す例において、第１凹部８１および第２凹部８２の数量は、それぞれ３２個である。第２実施形態において、第１凹部８１または第２凹部８２は、周方向θにおいて不等間隔に並んでいる。

図１６に示す例において、第１凹部８１は周方向θに不等間隔に並び、第２凹部８２は周方向θに等間隔に並んでいる。図１６において、第１壁部８３は、第１部分８５と、第１部分８５よりも周方向θの長さが長い第２部分８６と、を有している。第１凹部８１、第１部分８５、第１凹部８１、および第２部分８６は、この順で周方向θに並んでいる。第１部分８５および第２部分８６によって、第１凹部８１は、周方向θにおいて不等間隔に並んでいる。

例えば、第１部分８５の周方向θの長さは図１０を用いて説明したケース２０における第１壁部８３の周方向θの長さよりも小さく、第２部分８６の周方向θの長さは図１０を用いて説明したケース２０における第１壁部８３の周方向θの長さよりも大きい。第１部分８５および第２部分８６の周方向θの長さは、適宜設定することができる。

図１７に示す例において、第１凹部８１は周方向θに等間隔に並び、第２凹部８２は周方向θに不等間隔に並んでいる。図１７において、第２壁部８４は、第３部分８７と、第３部分８７よりも周方向θの長さが長い第４部分８８と、を有している。第２凹部８２、第３部分８７、第２凹部８２、および第４部分８８は、この順で周方向θに並んでいる。第３部分８７および第４部分８８によって、第２凹部８２は、周方向θにおいて不等間隔に並んでいる。

例えば、第３部分８７の周方向θの長さは図１０を用いて説明したケース２０における第２壁部８４の周方向θの長さよりも小さく、第４部分８８の周方向θの長さは図１０を用いて説明したケース２０における第２壁部８４の周方向θの長さよりも大きい。第３部分８７および第４部分８８の周方向θの長さは、適宜設定することができる。

図１８は、渦電流損失および渦電流損失の低減率の解析結果を示す図である。図１８においては、各図を用いて説明したケースを備える非接触電力伝送装置をそれぞれ示している。比較例は図１１を用いて説明したケース２００を備え、第１形状は図１０を用いて説明したケース２０を備え、第２形状は図１６を用いて説明したケース２０を備え、第３形状は図１７を用いて説明したケース２０を備えている。第１形状は、第１凹部８１および第２凹部８２が周方向θにおいて等間隔にそれぞれ並んでいる。

低減率は、比較例を基準として、各形状における渦電流損失の低減率を算出している。第１凹部８１の数量は、第２凹部８２の数量と等しい。各形状において、第１凹部８１および第２凹部８２における、一対の面８０１，８０２の長さＬ１および接続面８０３の周方向θの長さは、それぞれ等しい。

比較例の場合、渦電流損失は、１５９６．７Ｗであった。第１形状の場合、渦電流損失は１１９７．７Ｗであり、低減率は２５．０％であった。第２形状の場合、渦電流損失は１１９３．２Ｗであり、低減率は２５．３％であった。第３形状の場合、渦電流損失は１１９５．２Ｗであり、低減率は２５．２％であった。これより、渦電流損失は、各形状によりほとんど変化しない。

図１９は、第１凹部８１近傍における磁束密度の解析結果を示す図である。図２０は、第２凹部８２近傍における磁束密度の解析結果を示す図である。図１９においては第１凹部８１よりも径方向Ｒ内側を周方向θに沿って磁束密度を解析したものを示し、図２０においては第２凹部８２よりも径方向Ｒ外側を周方向θに沿って磁束密度を解析したものを示している。図２０においては、周方向θに沿う解析結果の一部を示している。

図１９および図２０において、各形状における最大の磁束密度を示す角度は周方向θにおける第１凹部８１および第２凹部８２が形成された角度を含み、各形状における最小の磁束密度を示す角度は周方向θにおける第１壁部８３および第２壁部８４が形成された角度を含む。

図１９において、第２形状における最大の磁束密度は第３形状における最大の磁束密度よりも大きく、第２形状における最小の磁束密度は第３形状における最小の磁束密度よりも小さい。

図２０において、第３形状における磁束密度が大きい領域を領域Ｒ１として示し、領域Ｒ１よりも磁束密度が小さい領域を領域Ｒ２として示す。領域Ｒ１は漏れ磁束の影響が大きい領域に相当し、領域Ｒ２は漏れ磁束の影響が小さい領域に相当する。第２凹部８２を周方向θに不等間隔に形成することで、第３形状では、領域Ｒ１の大きさと、領域Ｒ２の大きさとが異なっている。

領域Ｒ１における最大の磁束密度を示す角度は、周方向θにおける第２凹部８２が形成された角度を含む。領域Ｒ１における最小の磁束密度を示す角度は、周方向θにおける第３部分８７が形成された角度を含む。領域Ｒ２は、周方向θにおける第４部分８８が形成された角度を含む。

上述の構成の第２実施形態においても、電力の伝送効率の低下を抑制することが可能な非接触電力伝送装置１を提供することができる。第２実施形態においては、周方向θにおいて複数の凹部８０を不等間隔に並べることで、非接触電力伝送装置１の外部への漏れ磁束の影響が大きい領域および漏れ磁束の影響が小さい領域の位置、大きさをそれぞれ調整することができる。

例えば、図１７に示すように第２凹部８２を不等間隔に並べることで、図２０を用いて説明したように、第２側壁７２よりも径方向Ｒ外側において、漏れ磁束が発生する位置、大きさを調整することができる。

なお、図１６および図１７においては、複数の凹部８０の数量が３２個であったが、複数の凹部８０の数量はこれに限定されない。なお、第１凹部８１および第２凹部８２は、周方向θにおいて、不等間隔にそれぞれ並べてもよい。第１側壁７１よりも径方向Ｒ内側、および第２側壁７２よりも径方向Ｒ外側において、漏れ磁束が発生する位置、大きさをそれぞれ調整することができる。

なお、第１壁部８３は第１部分８５と第２部分８６とは周方向θの長さの異なる他の部分をさらに有してもよいし、第２壁部８４は第３部分８７と第４部分８８とは周方向θの長さの異なる他の部分をさらに有してもよい。

［第３実施形態］
図２１は、第３実施形態の非接触電力伝送装置１におけるコイルユニット１０Ａが備えるケース２０の一例を示す概略的な平面図である。図２１においては、固定側であるコイルユニット１０Ａのケース２０を示している。

ケース２０には、複数の凹部８０を含む部分Ｐ１と、それ以外の部分Ｐ２とが形成されている。部分Ｐ１，Ｐ２は、周方向θに沿ってそれぞれ形成されている。図２１においては、ケース２０の部分Ｐ１を含む領域を領域Ｒ３として示し、ケース２０の部分Ｐ２を含む領域を領域Ｒ４として示す。

図２１に示す例において、非接触電力伝送装置１の外部の領域Ｒ４には、周辺機器の一例として金属部品Ｍが配置されている。他の観点からは、金属部品Ｍは、部分Ｐ１から離れて配置されている。

本実施形態においては、部分Ｐ１の大きさは、部分Ｐ２の大きさとおおよそ等しい。図２１に示す例においては、部分Ｐ１，Ｐ２は、周方向θに沿って１８０度ずつ設けられている。図２１には図示されていないが、部分Ｐ１には、複数の第１凹部８１および第２凹部８２がそれぞれ形成されている。部分Ｐ１において、複数の第１凹部８１および第２凹部８２は、等間隔に並んでもよいし、不等間隔に並んでもよい。

部分Ｐ１，Ｐ２の位置および大きさによって、領域Ｒ３，Ｒ４の位置および大きさは調整することができる。例えば、部分Ｐ１の大きさを大きくすることで領域Ｒ３は大きくなり、部分Ｐ１の大きさを小さくすることで領域Ｒ３は小さくなる。部分Ｐ２と領域Ｒ４とにおいても、部分Ｐ１と領域Ｒ３との関係と同様の関係にある。

部分Ｐ１，Ｐ２の位置および大きさは、非接触電力伝送装置１の外部に配置される金属部品Ｍの位置、大きさなどに応じて適宜設定することができる。図２１に示す例において、部分Ｐ１の大きさと部分Ｐ２の大きさとをおおよそ等しくすることで、領域Ｒ３の大きさと領域Ｒ４の大きさとは、おおよそ等しくなる。

図２２は、第２凹部８２近傍における磁束密度の解析結果を示す図である。図２２においては第２凹部８２よりも径方向Ｒ外側の磁束密度を周方向θに沿って解析したものを示している。

図２２において、磁束密度が大きい角度は周方向θにおける部分Ｐ１が形成された角度と重なり、磁束密度が小さい角度は周方向θにおける部分Ｐ２が形成された角度と重なる。これより、部分Ｐ１を含む領域Ｒ３は漏れ磁束の影響が大きい領域に相当し、部分Ｐ２を含む領域Ｒ４は漏れ磁束の影響が小さい領域に相当する。

上述の構成の第３実施形態においても、電力の伝送効率の低下を抑制することが可能な非接触電力伝送装置１を提供することができる。第３実施形態においては、ケース２０に部分Ｐ１，部分Ｐ２を形成することで、非接触電力伝送装置１の外部に漏れ磁束の影響が大きい領域Ｒ３と、漏れ磁束の影響が小さい領域Ｒ４とを形成することができる。

これにより、領域Ｒ４に配置される金属部品Ｍへの漏れ磁束の影響を抑制することができる。金属部品Ｍが配置される位置に応じて非接触電力伝送装置１の外部に領域Ｒ４を形成することで、例えば、漏れ磁束の影響による金属部品Ｍの発熱を抑制することができる。

さらに、固定側であるコイルユニット１０Ａのケース２０において、部分Ｐ１，Ｐ２を設けることで、金属部品Ｍへの漏れ磁束の影響を効果的に抑制することができる。なお、本実施形態においては、コイルユニット１０Ａが備えるケース２０について説明したが、コイルユニット１０Ｂが備えるケース２０にも適用することができる。

以上説明したように上述の各実施形態によれば、ケース２０に形成された複数の凹部８０により、電力の伝送効率の低下を抑制することが可能な非接触電力伝送装置１を提供することができる。

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

なお、本実施形態においては、コイルユニット１０Ａおよびコイルユニット１０Ｂが複数の凹部８０をそれぞれ有している場合を説明したが、一対のコイルユニット１０の少なくとも一方において、端面７３は周方向θに間隔をおいて並ぶ複数の凹部８０を有してもよい。

この場合、コイルユニット１０Ａにおける側壁７０の端面７３が複数の凹部８０を有してもよいし、コイルユニット１０Ｂにおける側壁７０の端面７３が複数の凹部８０が有してもよい。このような場合であっても、電力の伝送効率の低下を抑制することが可能な非接触電力伝送装置１を提供することができる。

なお、本実施形態においては、第１側壁７１および第２側壁７２において、第１端面７４が第１凹部８１を有し、第２端面７５が第２凹部８２を有する場合を説明したが、第１側壁７１および第２側壁７２の少なくとも一方において、端面７３は複数の凹部８０を有してもよい。なお、第１凹部８１の数量は、第２凹部８２の数量と異なってもよい。第１凹部８１の数量は第２凹部８２の数量よりも多くてもよいし、少なくてもよい。

なお、複数の凹部８０は、底壁２１まで凹むように形成されてもよい。なお、凹部８０の形状および大きさは、それぞれ異なってもよい。一例として、第１凹部８１の形状がそれぞれ異なってもよいし、第２凹部８２の形状がそれぞれ異なってもよい。他の例として、第１凹部８１の形状は、第２凹部８２の形状と異なってもよい。

例えば、凹部８０は、一対の面８０１，８０２および接続面８０３の少なくとも１つが曲面でもよい。なお、非接触電力伝送装置の一例として回転型の非接触電力伝送装置を開示したが、上述の各実施形態は、回転型以外の非接触電力伝送装置にも適用することができる。

１…非接触電力伝送装置、１０…コイルユニット、２０…ケース、２１…底壁、３０…鉄心、５０…巻線、７０…側壁、７３…端面、８０…凹部。

Claims (8)

1. 筒状の側壁と前記側壁の一端を閉じる底壁とを有するケースと、前記ケースに収容された鉄心と、前記鉄心に巻かれた巻線と、をそれぞれ有する一対のコイルユニットを備え、
   前記側壁は、前記底壁と反対側に位置する端面を有し、
   前記一対のコイルユニットは、前記側壁の中心軸が同軸上にそれぞれ位置するとともに、前記中心軸に沿う軸方向において前記端面が間隔をおいて対向し、
   前記一対のコイルユニットの少なくとも一方において、前記端面は、前記ケースの外部への漏れ磁束が発生する領域を調整するために、前記中心軸を中心とする周方向に不等間隔に並ぶ複数の凹部を有する、
   非接触電力伝送装置。
2. 前記複数の凹部は、前記軸方向に前記端面から前記底壁に向けて延びる一対の面と、前記一対の面を接続する接続面と、をそれぞれ有する、
   請求項１に記載の非接触電力伝送装置。
3. 前記一対のコイルユニットの前記端面は、前記複数の凹部をそれぞれ有する、
   請求項１または２に記載の非接触電力伝送装置。
4. 前記側壁は、筒状の第１側壁と、前記軸方向と交差する径方向に間隔をおくとともに、前記第１側壁を囲う筒状の第２側壁と、を有し、
   前記鉄心は、前記第１側壁と前記第２側壁との間に位置し、
   前記端面は、前記第１側壁に設けられた第１端面と、前記第２側壁に設けられた第２端面と、を有し、
   第１端面および前記第２端面の少なくとも一方は、前記複数の凹部を有する、
   請求項１乃至３のいずれか１項に記載の非接触電力伝送装置。
5. 前記複数の凹部は、前記第１端面に形成され、前記周方向に間隔をおいて並ぶ複数の第１凹部と、前記第２端面に形成され、前記周方向に間隔をおいて並ぶ複数の第２凹部と、を有する、
   請求項４に記載の非接触電力伝送装置。
6. 前記径方向において、前記第１凹部は、前記第２凹部とそれぞれ重なる、
   請求項５に記載の非接触電力伝送装置。
7. 前記周方向における前記第１凹部の角度は、前記周方向における前記第２凹部の角度と異なる、
   請求項５または６に記載の非接触電力伝送装置。
8. 前記側壁は、
   前記周方向に並ぶ２つの前記凹部の間に位置する第１の部分と、
   前記周方向に並ぶ２つの前記凹部の間に位置し、前記第１の部分よりも前記周方向の長さが長い第２の部分と、を有し、
   前記第２の部分を含む領域は、前記第１の部分を含む領域よりも前記ケースの外部への漏れ磁束の影響が小さい、
   請求項１乃至７のいずれか１項に記載の非接触電力伝送装置。