JP2012134374A - 送電装置、受電装置、および無線電力伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】無線電力伝送の効率の低減をより安価に抑制する。
【解決手段】無線電力伝送システムは、対向に配置された受電装置に設けられた受電用コイル２５への電力を送電する送電用コイル１５と、送電用コイル１５の受電装置との対向面の反対側の面に配置されており、少なくとも１つのスリットが形成された導電性のシールド板１５５と、を含む送電装置と、対向に配置される送電装置に設けられた送電用コイル１５からの電力を受電する受電用コイル２５と、受電用コイル２５の送電装置との対向面の反対側の面に配置されており、少なくとも１つのスリットが形成された導電性のシールド板２５５と、を含む受電装置と、を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は移動体に搭載されたバッテリへ無線電力伝送により給電するための技術に関する。

陸上輸送の分野においては、大気汚染や化石燃料の枯渇に対する懸念から、電力を使って走行する自動車の研究開発が盛んに行われている。電気自動車に電力を供給するための技術の１つとして、電源コードや送電ケーブルを用いないワイヤレス送電技術がある。ワイヤレス送電技術では、送電装置に設けられた送電用コイルと受電装置に設けられた受電用コイルとの間の電磁誘導作用や磁界共鳴作用を利用してワイヤレス送電を実現する。

ワイヤレス送電を実行する際に、送電用コイル及び受電用コイルから電磁波が漏洩することがある。この漏洩する不要な電磁波を遮断し吸収するために送電用コイル及び受電用コイルの対向面とは反対側の面に金属シールドが配置される。送電用コイル及び受電用コイルの対向面とは反対側の面に配置された金属シールドとコイルとの間の空間には多くの磁束が通過するため、金属シールド上に渦電流が発生する。渦電流の発生により、金属シールドが発熱し、不要なエネルギー消費が生じ、送電効率が低下することがある。

渦電流の発生による送電効率の低下を防ぐために、コイルと金属シールドとの間に非導電性の磁性体板を配置することで磁路を形成し、金属シールドで渦電流が発生しないようにする方法もあり、例えば家庭用電気カミソリ等の充電装置で使用されている。ただし、磁性体は高価な材料であるため、コスト高となる。また、例えば、磁性体としてフェライト等を用いた場合には、衝撃に弱く割れやすいといった取り扱いにくさという問題があった。

特開２００９−２００１７４号公報 国際公開第２００７／１２２７８８号

本発明は、上記した問題に鑑み、より安価に送電効率の低下を抑制可能な無線電力伝送システム、受電装置、及び送電装置を提供することを課題とする。

本発明は、上記課題を解決するために、無線電力伝送により送電を行う送電装置に以下の手段を備えることとした。即ち、本発明は、対向に配置される受電装置に無線電力伝送により送電する送電装置であって、受電装置に設けられた受電用コイルに電力を送電する送電用コイルと、前記送電用コイルの前記受電装置との対向面の反対の面側に配置されており、少なくとも１つのスリットが形成された導電性の第１のシールド板と、を含む送電装置である。

また、本発明は、対向に配置される送電装置から無線電力伝送により受電する受電装置であって、前記送電装置に設けられた送電用コイルからの電力を受電する受電用コイルと、前記受電用コイルの前記送電装置との対向面の反対の面側に配置されており、少なくとも１つのスリットが形成された導電性のシールド板と、を含む受電装置である。

また、本発明は、無線電力伝送システムとして捉えることもできる。本発明は、対向に配置された受電装置に設けられた受電用コイルへの電力を送電する送電用コイルと、前記送電用コイルの前記受電装置との対向面の反対の面側に配置されており、少なくとも１つのスリットが形成された導電性のシールド板と、を含む送電装置と、対向に配置される前記送電装置に設けられた前記送電用コイルからの電力を受電する受電用コイルと、前記受電用コイルの前記送電装置との対向面の反対の面側に配置されており、少なくとも１つのスリットが形成された導電性のシールド板と、を含む受電装置と、を備える無線電力伝送システムである。

送電装置において、送電用コイルの受電装置との対向面の反対の面側に配置された導電性の第１のシールド板に、少なくとも１つのスリットが形成されていることによって、第１のシールド板上の渦電流の発生を抑制することができる。導電性のシールド板上で過電流が発生した場合には、シールド板が発熱し、不要なエネルギー消費が発生するため、送電効率が低下してしまう。しかしながら、本発明の送電装置においては、導電性の第１のシールド板にスリットが形成されているため、渦電流の発生を抑制することができる。これによって、シールド板の発熱を抑制することができ、本発明の送電装置は、送電効率の低下を抑制することができる。導電性のシールド板は、例えば、アルミニウム、銅、鉄等の金属板や、炭素繊維により形成された板であってもよい。このような、導電性の第１のシールド板の材料は、磁性体よりも安価であるため、送電装置の価格を低く抑えることができる。

また、受電装置においても、受電用コイルの送電装置との対向面の反対の面側に配置された導電性のシールド板に、少なくとも１つのスリットが形成されていることによって、該シールド板上の渦電流の発生を抑制することができる。これによって、シールド板の発熱を抑制でき、本発明の受電装置は、送電効率の低下を抑制することができる。

また、送電装置が、前記第１のシールド板の前記送電用コイルが配置されている面の反対側の面に、前記第１のシールド板と接触しないように配置された、少なくとも１つのスリットが形成された導電性の第２のシールド板をさらに含むようにしてもよい。

また、送電装置における前記第２のシールド板は、前記第１のシールド板とスリットが重ならないように配置されてもよい。これによって、第１のシールド板のスリットから漏れた磁束（電磁波）が第２のシールド板において吸収されるため、外部への不要な電磁波の漏洩を低減することができる。また、送電装置における第２のシールド板は、前記第１のシールド板のスリットと同じ配置、同じ形状、同じサイズのスリットが形成されていてもよい。

また、送電装置における第１及び第２のシールド板の各スリットは、前記送電用コイルの半径方向の長さを、前記送電用コイルの最内周のコイルの内側の半径位置から最外周のコイルの外側の半径位置までとしてもよい。

また、本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせることができる。

本発明によれば、無線電力伝送システム、受電装置、及び送電装置において、より安価に無線電力伝送の送電効率の低下を抑制することができる。

第１実施形態に係る無線電力伝送システムの用途の一例を示す図である。 第１実施形態に係る無線電力伝送システムの構成を示す図である。 第１実施形態に係る送電用コイルケース及び受電用コイルケースの構成例の断面図である。 図３に示される、送電用コイルと金属シールド、受電用コイルと金属シールドの一部が抽出された図である。 図３に示される送電用コイルケースにおける金属シールドと受電用コイルケースにおける金属シールドとの例を示す図である。 第２実施形態における送電用コイルケース及び受電用コイルケースの構成を示す断面図である。 図６に示される、送電用コイルと２枚の金属シールド、受電用コイルと２枚の金属シールドの一部が抽出された図である。 図６に示される送電用コイルケースにおける２枚の金属シールドと、受電用コイルケースにおける２枚の金属シールドとを示す図である。 第２実施形態の変形例における送電用コイルケースを上から見た際の概略図である。 図９に示される送電用コイルケースのＡ−Ａ断面図である。 無線電力伝送システムのモデル１から５と送電効率との関係のシミュレーション結果の例を示す図である。 無線電力伝送システムのモデル１、３から５のそれぞれについての、コイルの中心からの距離と電界強度との関係のシミュレーション結果の例を示す図である。 無線電力伝送システムのモデル１を示す図である。 無線電力伝送システムのモデル２を示す図である。 無線電力伝送システムのモデル３を示す図である。

以下、本発明に係る無線電力伝送システムの実施の形態について、図面に基づいて例示的に詳しく説明する。なお、実施形態に記載されている構成要素の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に特定的な記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る無線電力伝送システムの用途の一例を示す図である。無線電力伝送システムは、車載バッテリに充電される電力を電動車両３０にワイヤレス（無線）で送電するためのシステムである。送電ユニット（送電装置）１０は車両が停止する位置の地面側に、受電ユニット（受電装置）２０は車両側に設けられる。

図２は、第１実施形態に係る無線電力伝送システム１の構成を示す図である。無線電力伝送システム１は、大きく分けて送電装置１０および受電装置２０を備える。

送電装置１０は、第１実施形態では、電動車両３０が停止する位置（例えば、駐車スペース）の地面側に設けられている。送電装置１０は、通信アンテナ１１、送受信ユニット１２、高周波電源１３、送電用コイル１５、及びこれらを制御する送電コントローラ１７を備える。

受電装置２０は、第１実施形態では、電動車両３０の車体下部に設けられる。電動車両３０は、電力を主動力源あるいは補助動力源として走行する自動車であり、パワーコントロールユニット（以下「ＰＣＵ（Power Control Unit）」とも称する）３１、車両を前進あるいは後退させるためのモータ３２や、モータ３２へ電力を供給するバッテリ３３、受電装置２０を搭載している。バッテリ３３は再充電可能な直流電源であり、たとえばリチ
ウムイオンやニッケル水素などの二次電池を含むことができ、大容量のキャパシタ等も適宜採用することができる。

受電装置２０は、通信アンテナ２１、送受信ユニット２２、受電用コイル２５、整流回路２８、ＤＣ／ＤＣコンバータ２９及びこれらを制御する受電コントローラ２７を備えている。

送電装置１０及び受電装置２０は、以下のように協働することで電力の伝送を行う。送電装置１０が設置されている位置に受電装置２０を搭載した電動車両３０が駐車され、送電コイル１５と受電コイル２５とが所定の対向位置関係になると、送電コントローラ１７と受電コントローラ２７が各送受信ユニットを介して互いに通信を行う。送受信ユニット１２及び送受信ユニット２２は、互いに無線通信を行うための通信インターフェースである。

受電コントローラ２７は、ＰＣＵ３１を介してバッテリ３３の残量に空きがあることを検知すると、送受信ユニット２２を介して送電装置１０へ電力の送電を要求する旨のデータを送信する。送受信ユニット１２を介して受電装置２０から送電を要求する旨のデータを取得した送電コントローラ１７は、高周波電源１３から例えば１ＭＨｚ〜１０数ＭＨｚ程度の高周波電力を出力させ、送電用コイル１５にその電力を供給する。

送電用コイル１５は、一次コイル１５ａと送電側共鳴コイル１５ｂを含む。一次コイル１５ａは高周波電源１３に接続しており、高周波電源１３から直接電力が供給される。一次コイル１５ａは、送電側共鳴コイル１５ｂと同心円上に配置されており、電磁誘導によって送電側共鳴コイル１５ｂと磁気的に結合されている。高周波電源１３から供給される電流が一次コイル１５ａに流れると、一次コイル１５ａと送電側共鳴コイル１５ｂとの間で電磁誘導が発生する。その結果、送電側共鳴コイル１５ｂに起電力が誘起されることで送電側共鳴コイル１５ｂに電流が流れる。

一方、受電装置２０側において、受電用コイル２５は、二次コイル２５ａと受電側共鳴コイル２５ｂを含む。二次コイル２５ａは、受電側共鳴コイル２５ｂと同心円上に配置されており、電磁誘導によって受電側共鳴コイル２５ｂと磁気的に結合されている。ここで、送電側共鳴コイル１５ｂ及び受電側共鳴コイル２５ｂには、それぞれ共鳴周波数を調整するための可変容量コンデンサ１６，２６が設けられている。送電コントローラ１７及び受電コントローラ２７は、可変容量コンデンサ１６，２６を協調して制御することで、送電側共鳴コイル１５ｂと受電側共鳴コイル２５ｂにおける共振周波数が合わせるようにしている。

電磁誘導による起電力の誘起によって送電側共鳴コイル１５ｂに高周波電流が流れると、共振周波数が合わせられた送電側共鳴コイル１５ｂと受電側共鳴コイル２５ｂとの間で磁界共鳴が発生し、受電側共鳴コイル２５ｂにも電流が流れる。受電側共鳴コイル２５ｂに電流が流れると、受電側共鳴コイル２５ｂと二次コイル２５ａとの間で電磁誘導が発生する。その結果、二次コイル２５ａに起電力が誘起されて、二次コイル２５ａに電流が流れる。

二次コイル２５ａは、受電側共鳴コイル２５ｂにより受電された電力を電磁誘導により取り出して整流回路２８へ出力する。整流回路２８は、二次コイル２５ａによって取り出された交流電力を整流する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２９は、受電コントローラ２７からの制御信号に基づいて、整流回路２８によって整流された電力をバッテリ３３の電圧レベルに変換してバッテリ３３へ出力する。バッテリ３３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２９から供給される電力を蓄えるほか、モータ３２によって発電される回生電力も蓄電する。バッテ
リ３３は、蓄電した電力をＰＣＵ３１へと供給する。なお、電動車両３０の走行中に送電装置２０から受電する場合には（その場合、送電装置２０は、例えば、電動車両３０の上方または側方に配設されていても良い）、ＤＣ／ＤＣコンバータ２９は、整流回路２８によって整流された電力をシステム電圧に変換してＰＣＵ３１に直接供給することも可能である。

ＰＣＵ３１は、バッテリ３３から出力され、或いはＤＣ／ＤＣコンバータ２９から直接供給される電力によってモータ３２を駆動する。また、ＰＣＵ３１は、モータ３２により発電された回生電力を整流してバッテリ３３へ出力し、このバッテリ３３を充電する。モータ３２は、ＰＣＵ３１によって駆動され、車両駆動力を発生させて駆動輪へ出力する。また、モータ３２は、駆動輪や図示されないエンジンから受ける運動エネルギーによって発電し、得られた回生電力をＰＣＵ３１へ出力する。なお、ＰＣＵ３１の制御は、電動車両３０の図示しない車両ＥＣＵ（Electronic Control Unit）によって制御されている。
この車両ＥＣＵは、電動車両３０の走行時、車両の走行状況やバッテリ３３の充電状態に基づいてＰＣＵ３１を制御する中央制御装置である。

以上のように、第１実施形態における無線電力伝送システム１では、送電装置１０及び受電装置２０との間に発生する磁界共鳴を利用して無線で送電装置１０から受電装置２０へと電力を伝送する。受電装置２０が受電した電力は、整流回路２８以降に負荷抵抗として包括的に示されるバッテリ３３等に供給される。

無線電力伝送システム１では、高周波電源１３から電力が直接給電されるコイルおよび受電側の負荷抵抗に直接接続されたコイル（ここでは、一次コイル１５ａ及び二次コイル２５ａ）と、磁界共鳴による電力伝送に用いられるコイル（ここでは、送電側共鳴コイル１５ｂ及び受電側共鳴コイル２５ｂ）を物理的に接続せず、電磁誘導によって接続することで、高周波電源１３や負荷抵抗等の構成によって磁界共鳴に用いるコイルの共振周波数等に悪影響が及ぶことを抑制している。

図３は、第１実施形態に係る送電用コイルケース及び受電用コイルケースの構成例の断面図である。送電装置１０側においては、送電用コイル１５（一次コイル１５ａ及び送電側共鳴コイル１５ｂ）が送電用コイルケース１５０に収容されている。一方、受電装置２０側においては、受電用コイル２５（二次コイル２５ａ、受電側共鳴コイル２５ｂ）が受電用コイルケース２５０に収容されている。なお、図３は、送電用コイルケース及び受電用コイルケースの縦断面構造を示している。

磁界共鳴を用いた送電装置１０から受電装置２０へのワイヤレス送電が行われる際、送電用コイルケース１５０及び受電用コイルケース２５０は、図１から図３に示されるように対向配置された状態となる。図３に示される例では、送電用コイルケース１５０及び受電用コイルケース２５０は直方体に形成されているが、これに限定されるものではなく、例えば円柱形状等の他の形状を適宜採用しても構わない。

送電用コイルケース１５０は、天板１５１、底板１５２、周壁１５３から構成されている。ここで、天板１５１は、ワイヤレス送電時において、受電装置２０（受電用コイル２５）と互いに対向（対峙）する面であり、以降、この面を「正面」と称する。底板１５２は、それぞれ天板１５１と相対する面であり、以降、この面を「背面」と称する。なお、図３において、送電用コイルケース１５０は点線で示される。

送電用コイルケース１５０において、底板１５２と送電用コイル１５との間には、シールド部材として金属シールド１５５が設置されている。金属シールド１５５は、導電性を有する、例えば、アルミニウム、銅、鉄などの金属の板である。また、金属シールド１５
５の代わりに、シールド部材として、炭素繊維が用いられてもよい。送電用コイルケース１５０の底板１５２には、コネクタ１５６が配置されている。コネクタ１５６は、一次コイル１５ａと接続されている。また、コネクタ１５６は、配線ケーブルを介して高周波電源１３と接続されている。則ち、一次コイル１５ａと高周波電源１３がコネクタ１５６を介して接続されている。

受電用コイルケース２５０は、送電用コイルケースと同様に、天板２５１、底板２５２、周壁２５３から構成されている。天板２５１は、ワイヤレス送電時において、送電装置１０（送電用コイル１５）と互いに対向（対峙）する面であり、以降、この面を「正面」と称する。底板２５２は、それぞれ天板２５１と相対する面であり、以降、この面を「背面」と称する。なお、図３において、受電用コイルケース２５０は点線で示される。

受電用コイルケース２５０においても、送電用コイルケース１５０と同様な金属シールド２５５が設けられている。即ち、受電用コイルケース２５０の底板２５２と受電用コイル２５との間には、金属シールド２５５が配置されている。金属シールド２５５は、送電用コイルケース１５０における金属シールド１５５と同等である。

受電用コイルケース２５０の底板２５２には、コネクタ２５６が配置されている。コネクタ２５６は、二次コイル２５ａに接続されている。また、コネクタ２５６は、配線ケーブルを介して整流回路２８と接続されており、このコネクタ２５６を介して二次コイル２５ａと整流回路２８が接続されている。

各金属シールド１５５，２５５は、送電装置１０から受電装置２０へ電力をワイヤレス送電する際に、外部に漏洩しようとする電磁波、即ちワイヤレス送電に寄与しなかった電磁波を、吸収して遮断し、送電に寄与しなかった電磁波の外部への漏洩を抑制する。

送電用コイルケース１５０に収容されている金属シールド１５５、及び受電用コイルケース２５０に収容されている金属シールド２５５は、第１実施形態においては、それぞれ円板状に形成されている。ただし、これに限られず、金属シールド１５５、２５５は、コイルケースに収まり、且つ、送電用コイル１５又は受電用コイル２５を覆う程度の面積を有していればよい。

図４は、図３に示される、送電用コイル１５と金属シールド１５５、受電用コイル２５と金属シールド２５５の一部が抽出された図である。金属シールド１５５は、送電用コイル１５と中心位置が合うように配置される。同じく、金属シールド２５５は、受電用コイル２５と中心位置が合うように配置される。金属シールド１５５、２５５は、それぞれ、中心から所定距離離れたコイルの円周方向に複数のスリット１５５ＳＬ、２５５ＳＬを有する。各スリットは、金属シールド１５５、２５５を貫通している。

図５は、図３に示される送電用コイルケース１５０における金属シールド１５５と受電用コイルケース２５０における金属シールド２５５との例を示す図である。図５においては、各金属シールド１５５、２５５は、円板で、それぞれ３６個のスリットを有する。３６個の各スリットは、互いに同じ形状で同じサイズである。これら３６個の各スリットは、金属シールド１５５、２５５の中心を基準点とし、基準点から所定の距離に等間隔で配置される。すなわち、３６個の各スリットは、金属シールド１５５、２５５の中心から３６等分に広がる放射線上の、該中心から所定の距離離れた位置に配置される。ただし、これに限られず、各スリットは、コイルの円周方向に、非等間隔に配置されていてもよい。

また、各スリットは、金属シールド１５５、２５５がそれぞれ一次コイル１５ａ又は二次コイル２５ａと中心が一致するように配置された場合に、一次コイル１５ａ又は二次コ
イル２５ａの最内周のコイルの内側の半径位置から送電側共鳴コイル１５ｂ又は受電側共鳴コイル２５ｂの最外周のコイルの外側の半径位置まで伸びていることが好ましい。また、各スリットの形状は、長方形であってもよいし、コイルの中心側の幅は狭く、中心から離れるに従って幅が広がるような形であってもよい。なお、金属シールド上に形成されるスリットの数は、３６個に限られない。

金属シールド１５５、２５５にスリットが存在することによって、金属シールド１５５、２５５上の渦電流の流れを分断することができ、渦電流の発生を抑制することができる。渦電流の発生が抑制されることにより、金属シールド１５５、２５５の発熱が抑えられ、送電効率の低下を抑えることができる。

また、金属シールド１５５、２５５にスリットが存在することによって、磁性体板を使用せずに、過電流の発生を抑制でき、送電効率を維持できるので、コストダウンを図ることができる。

＜第２実施形態＞
図６は、第２実施形態における送電用コイルケース及び受電用コイルケースの構成を示す断面図である。既に説明した構成については、同一符号が付され、詳細な説明は省略される。

第２実施形態では、送電用コイルケース１５０において、２枚の金属シールド１５５ａ、１５５ｂが互いに接触しないように送電用コイル１５の背面に配置される。第２実施形態では、金属シールド１５５ａ、１５５ｂの双方は、同じ配置、同じ数、同じ形状のスリットを有するものとする。また、金属シールド１５５ａ、１５５ｂの双方は、第１実施形態の金属シールド１５５と同様のものとする。ただし、これに限られず、金属シールド１５５ａ、１５５ｂは互いに異なる配置でスリットを有してもよい。なお、金属シールド１５５ａ、１５５ｂの双方のスリットが同じ配置であるとは、金属シールドの中心を基準点とした場合に、基準点に対する各スリットの配置が同じであること、または、各スリット間の関係が同じであることを指す。

同じく、受電用コイルケース２５０においても、２枚の金属シールド２５５ａ、２５５ｂが受電用コイル２５の背面に配置される。第２実施形態では、金属シールド２５５ａ、２５５ｂの双方は、同じ配置、同じ数、同じ形状のスリットを有するものとする。また、金属シールド２５５ａ、２５５ｂは、送電用コイルケース１５０の金属シールド１５５ａ、１５５ｂと同様とする。ただし、これに限られず、金属シールド２５５ａ、２５５ｂは互いに異なる配置でスリットを有してもよいし、送電用コイルケース１５０の金属シールド１５５ａ、１５５ｂと異なるものでもよい。

図７は、図６に示される、送電用コイル１５と金属シールド１５５ａ、１５５ｂ、受電用コイル２５と金属シールド２５５ａ、２５５ｂの一部が抽出された図である。図８は、図６に示される送電用コイルケース１５０における金属シールド１５５ａ、１５５ｂと、受電用コイルケース２５０における金属シールド２５５ａ、２５５ｂとを示す図である。送電用コイルケース１５０における金属シールド１５５ａ、１５５ｂは、送電用コイル１５と中心位置が合うように配置される。さらに、金属シールド１５５ａ、１５５ｂは、それぞれが有するスリットが重ならないように配置される。

同じく、受電用コイルケース２５０における金属シールド２５５ａ、２５５ｂは、受電用コイル２５と中心位置が合うように配置される。さらに、金属シールド２５５ａ、２５５ｂは、それぞれが有するスリットが重ならないように配置される。

このようにして、送電装置１０及び受電装置２０において、スリットを有する２枚の金属シールドが、スリットが重ならないように配置される。これによって、例えば、送電用コイル１５の背面に配置されている金属シールド１５５ａのスリット１５５ａＳＬから漏れる磁束を、金属シールド１５５ａの背面に配置されている金属シールド１５５ｂが吸収、遮断することができ、電磁波の漏洩を低減することができる。また、第１実施形態と同様に、金属シールド１５５ａから漏えいする磁束を吸収する金属シールド１５５ｂもスリットを有するので、金属シールド１５５ｂにおいても渦電流の発生を抑制することができる。渦電流の発生を抑制することによって、金属シールド１５５ａ、１５５ｂの発熱を抑制することができ、結果として、送電効率の低下を防ぐことができる。なお、受電装置２０についても送電装置１０と同様の作用効果を奏する。また、第２実施形態においては、コイルの背面に金属シールドを２枚備えたが、これに限られず、３枚以上備えてもよい。ただし、装置の軽量化、コストダウンのためには、２枚が好適である。

＜第２実施形態の変形例＞
第２実施形態の変形例として、２枚の金属シールドのスリットの重なり具合を調整可能な送電装置及び受電装置について説明される。

図９は、第２実施形態の変形例における送電用コイルケースを上から見た際の概略図である。図９では、送電用コイルケース１５０に含まれる金属シールド１５５ｃ、調整ダイヤル１５７、アイドラーギア１５８ａ、１５８ｂのみが抽出されて示される。

金属シールド１５５ｃは、図６及び図７において、金属シールド１５５ｂの代わりに用いられる金属シールドである。金属シールド１５５ｃは、送電用コイル１５の背面に配置されている金属シールド１５５ａ（図示せず）の背面に配置される。金属シールド１５５ｃは、金属シールド１５５ａと同様に複数のスリットを有する。金属シールド１５５ｃの円周は鋸状になっており、金属シールド１５５ｃは歯車になっている。

調整ダイヤル１５７は、金属シールド１５５ｃと噛み合う歯車（図示せず）を有している。アイドラーギア１５８ａ、１５８ｂは、金属シールド１５５ｃと噛み合う歯車であって、金属シールド１５５ｃの回転を支援する。装置の製造工場における調整担当者、装置の設置業社の調整担当者、あるいはユーザによる調整ダイヤル１５７の左右のひねりに応じて、金属シールド１５５ｃが左右に回転し、金属シールド１５５ａ（図示せず）とのスリットの重なり具合を調整することができる。

図１０は、図９に示される送電用コイルケースのＡ−Ａ断面図である。送電用コイル１５ｂは、絶縁部材１５８ａと１５８ｂとで固定されている。絶縁部材１５８ｂの次に金属シールド１５５ａが配置される。金属シールド１５５ａと金属シールド１５５ｃとの間には絶縁部材１５８ｃが配置されている。歯車の形をしている金属シールド１５５ｃは、調整ダイヤル１５７の歯車と噛み合うように配置される。調整ダイヤル１５７によって、金属シールド１５５ｃが回転するので、金属シールド１５５ａと金属シールド１５５ｃとのスリットの重なり具合を、ユーザが調整することが可能になる。尚、駆動源としてモータ等を用いて調整ダイヤル１５７を回転させる構成とすることもでき、また漏れ磁束をセンサにより検出しその検出値に応じて当該モータを適切な状態（漏れ磁束最小状態）となるように制御することも可能である。

＜シミュレーション＞
図１１は、無線電力伝送システムのモデル１から５と送電効率との関係のシミュレーション結果の例を示す図である。図１２は、無線電力伝送システムのモデル１、３から５のそれぞれについての、コイルの中心からの距離と電界強度との関係のシミュレーション結果の例を示す図である。図１３は、無線電力伝送システムのモデル１を示す図である。図
１４は、無線電力伝送システムのモデル２を示す図である。図１５は、無線電力伝送システムのモデル３を示す図である。

図１４に示される無線電力伝送システムのモデル１は、送電装置１０及び受電装置２０ともに、送電用コイル１５と受電用コイル２５のそれぞれの背面に磁性体板１５９、２５９が配置され、磁性体板１５９、２５９の背面にスリットを有しない金属シールド１５５ｘ、２５５ｘが配置されたモデルである。

図１４に示される無線電力伝送システムのモデル２は、送電装置１０及び受電装置２０ともに、シールドを有さない、コイルのみのモデルである。

図１５に示される無線電力伝送システムのモデル３は、送電装置１０及び受電装置２０ともに、送電用コイル１５と受電用コイル２５のそれぞれの背面に、スリットを有しない金属シールド１５５ｘ、２５５ｘのみが配置されるモデルである。

無線電力伝送システムのモデル４は、第１実施形態において説明された、送電装置１０及び受電装置２０ともに、送電用コイル１５及び受電用コイル２５のそれぞれの背面に、スリットを有する金属シールド１５５、２５５が配置されるモデル（図４参照）である。無線電力伝送システムのモデル５は、第２実施形態において説明された、送電装置１０及び受電装置２０ともに、送電用コイル１５及び受電用コイル２５のそれぞれの背面に、スリットを有する２枚の金属シールド１５５ａ、１５５ｂ、２５５ａ、２５５ｂがスリットが重ならないように配置されたモデル（図７参照）である。

図１１及び図１２に示されるシミュレーション結果では、モデル１，３−５で、コイルとすぐ背面のシールドとの距離が同じに設定された場合の結果が示される。

図１１の各モデルと送電効率との関係に示されるように、モデル３（スリットのない金属シールドのみ）の場合、モデル１（磁性体板と金属シールド有）とモデル２（シールド無）の場合に９０％以上あった送電効率が、３０％以下となる。これに対し、モデル４（スリット入り金属シールド１枚）とモデル５（スリット入り金属シールド２枚）の場合には、送電効率が８５％以上まで修正する。また、モデル４（スリット入り金属シールド１枚）の方がモデル５（スリット入り金属シールド２枚）に比べて、送電効率が約１％良い。

図１２に示されるように、例えば、コイルの中心から半径方向に３０ｍ離れた位置においては、モデル４（スリット入り金属シールド１枚）は、モデル１（磁性体板とスリット無し金属シールド）とほぼ同じ程度に電界強度を抑えることができる。また、モデル５（スリット入り金属シールド２枚）は、モデル４（スリット入り金属シールド１枚）よりも電界強度を抑えることができ、最も電磁波の漏洩防止効果が高いことが示される。

以上より、第１実施形態及び第２実施形態において説明された、スリット入りの金属シールドを用いるモデル４、５は、磁性体板を用いずに、金属シールド上の渦電流の発生を抑制し、金属シールドの発熱を抑制し、送電効率の低下を抑制できる。また、モデル４、５は、磁性体板を用いずに、磁性体板とスリット無し金属シールドとを用いたモデル１とほぼ同等又はそれ以上に、電界強度を抑えることができる。

なお、金属シールドは、導電性かつ非磁性とすることができる。これにより、アルミニウム等の比較的軽量な材料を用いることが出来る。また、車両に適用されるワイヤレス送電は、電気カミソリ等の家庭用品に比較して送受電間の距離が長く電力が大きいため強い電磁波が発生するが、上記の通り構成することで、強い電磁波の発生を抑制できる。

以上述べた実施の形態は本発明を説明するための一例であって、本発明の本旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加え得る。例えば、実施形態では、磁界共鳴を利用した無線電力伝送を実施する無線電力伝送システム、送電装置、及び受電装置について説明されたが、これに限られず、送電用コイル及び受電コイルの背面にスリット入りの金属シールドを配置することで、電磁誘導を利用した無線電力伝送を実施する送電装置、受電装置、無線電力伝送システムにも適用することができる。

また、例えば、上述までの構成例では地面に送電コイルが埋められて車両側に送電する場合を例に説明したが、本発明は、壁に埋め込まれた送電装置で横方向へ送電したり、天井に埋め込まれた送電装置で下方向へ送電したりすることも可能である。また、本発明に係る受電装置、送電装置、無線電力伝送システムは、上記実施形態に限定されるものではなく可能な限りこれらの組合せを含むことができる。また、本発明に係る無線電力伝送システムは車両用途に限定されず、家電、情報機器、玩具等、電力を用いる様々な機器に適用することが可能である。

１ 無線電力伝送システム
１０ 送電装置
１５ 送電用コイル
１５ａ １次コイル
１５ｂ 送電側共鳴コイル
１５０ 送電用コイルケース
１５５ スリット入り金属シールド
１５５ａ スリット入り金属シールド
１５５ｂ スリット入り金属シールド
１５５ｃ スリット入り金属シールド
１５５ｘ スリット無し金属シールド
２０ 受電装置
２５ 受電用コイル
２５ａ ２次コイル
２５ｂ 受電側共鳴コイル
２５０ 受電用コイルケース
２５５ スリット入り金属シールド
２５５ａ スリット入り金属シールド
２５５ｂ スリット入り金属シールド
２５５ｃ スリット入り金属シールド
２５５ｘ スリット無し金属シールド

Claims (9)

1. 対向に配置される受電装置に無線電力伝送により送電する送電装置であって、
   前記受電装置に設けられた受電用コイルに電力を送電する送電用コイルと、
   前記送電用コイルの前記受電装置との対向面の反対の面側に配置されており、少なくとも１つのスリットが形成された導電性の第１のシールド板と、
   を含む送電装置。
2. 前記第１のシールド板の前記送電用コイルが配置されている面の反対の面側に、前記第１のシールド板と接触しないように配置された、少なくとも１つのスリットが形成された導電性の第２のシールド板をさらに含む
   請求項１に記載の送電装置。
3. 前記第２のシールド板は、前記第１のシールド板とスリットが重ならないように配置される
   請求項２に記載の送電装置。
4. 前記第２のシールド板には、前記第１のシールド板のスリットと同じ配置、同じ形状、同じサイズのスリットが形成されている
   請求項２又は３に記載の送電装置。
5. 前記スリットは、複数であって、前記送電用コイルの円周方向に等間隔に配置される
   請求項１から４の何れか１項に記載の送電装置。
6. 前記スリットは、前記送電用コイルの中心から半径方向に離れるにつれて短辺が広がる形状である
   請求項５に記載の送電装置。
7. 前記スリットは、前記送電用コイルの半径方向の長さを、前記送電用コイルの最内周のコイルの内側の半径位置から最外周のコイルの外側の半径位置までとする
   請求項１から６の何れか１項に記載の送電装置。
8. 対向に配置される送電装置から無線電力伝送により受電する受電装置であって、
   前記送電装置に設けられた送電用コイルからの電力を受電する受電用コイルと、
   前記受電用コイルの前記送電装置との対向面の反対の面側に配置されており、少なくとも１つのスリットが形成された導電性のシールド板と、
   を含む受電装置。
9. 対向に配置された受電装置に設けられた受電用コイルへの電力を送電する送電用コイルと、
   前記送電用コイルの前記受電装置との対向面の反対の面側に配置されており、少なくとも１つのスリットが形成された導電性のシールド板と、
   を含む送電装置と、
   対向に配置される前記送電装置に設けられた前記送電用コイルからの電力を受電する受電用コイルと、
   前記受電用コイルの前記送電装置との対向面の反対の面側に配置されており、少なくとも１つのスリットが形成された導電性のシールド板と、
   を含む受電装置と、
   を備える無線電力伝送システム。

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