JP2014093797A - 電力伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】漏洩電磁界を抑制することができ、また、これに伴い、電力伝送の効率低下も抑止する電力伝送システムを提供する。
【解決手段】本発明の電力伝送システム１００は、地上に設置されて巻回された送電コイルを含む送電アンテナと、前記送電アンテナと対向配置され、巻回された受電コイルを含み、前記送電アンテナから電磁場を介して電気エネルギーを受電する受電アンテナと、を有し、水平面に対して前記送電コイルが形成する、内周縁６９２と外周縁６９３を有する鉛直方向投影面には、前記内周縁６９２上の２点と前記外周縁６９３上の２点とを囲む領域が全体と重なる複数の高透磁率部材６７７が、それぞれ離間するようにして配されることを特徴とする。
【選択図】 図１１

Description

本発明は、磁気共鳴方式によってワイヤレスで電力の送受を行う電力伝送システムに関する。

近年、電源コードなどを用いることなく、ワイヤレスで電力（電気エネルギー）を伝送する技術の開発が盛んとなっている。ワイヤレスで電力を伝送する方式の中でも、特に注目されている技術として、磁気共鳴方式と呼ばれるものがある。この磁気共鳴方式は２００７年にマサチューセッツ工科大学の研究グループが提案したものであり、これに関連する技術は、例えば、特許文献１（特表２００９−５０１５１０号公報）に開示されている。

磁気共鳴方式のワイヤレス電力伝送システムは、送電側アンテナの共振周波数と、受電側アンテナの共振周波数とを同一とし高いＱ値（１００以上）のアンテナを用いることで、送電側アンテナから受電側アンテナに対し、効率的にエネルギー伝達を行うものであり、電力伝送距離を数十ｃｍ〜数ｍとすることが可能であることが大きな特徴の一つである。

上記のような磁気共鳴方式のワイヤレス電力伝送システムは、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）などの車両搭載電池への充電に応用することが検討されている。このようなワイヤレスなシステムを、上記のような車両に用いることで、車両への給電のために、電源コネクタや電源線などを取り扱う必要がなくなるからである。

例えば、特許文献２（特開２０１０−６８６５７号公報）には、一方のアンテナを電気自動車のような移動体の底面部に搭載し、地上に設けた他方のアンテナから、ワイヤレスで電力伝送を行い、伝送された電力を電気自動車の電池に充電することが開示されている。
特表２００９−５０１５１０号公報 特開２０１０−６８６５７号公報

上記のように、磁気共鳴方式の電力伝送システムを電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）などの車両に対する電力供給に用いる場合においては、送電用のアンテナは地中部に埋設されように設置され、また、受電用のアンテナは車両の底面部にレイアウトされることが想定されている。

このような利用形態で電力伝送システムを用いると、車両の駐車のさせ方によっては、送電用アンテナと受電用アンテナとの間にはある程度のずれが生じることがある。最高の伝送効率を与える送電用アンテナと受電用アンテナの位置から多少のずれが生じると、電力伝送を行っている最中、車両周辺には漏洩した電磁界が生じてしまう、という問題があった。また、このように電磁界が漏洩しているということは、電気エネルギーをロスしていることに他ならず、電力伝送の効率も低下してしまう、という問題もあった。

上記問題を解決するために、本発明に係る電力伝送システムは、地上に設置されて巻回された送電コイルを含む送電アンテナと、前記送電アンテナと対向配置され、巻回された
受電コイルを含み、前記送電アンテナから電磁場を介して電気エネルギーを受電する受電アンテナと、を有し、水平面に対して前記送電コイルが形成する、内周縁と外周縁を有する鉛直方向投影面には、前記内周縁上の２点と前記外周縁上の２点とを囲む領域が、その全体と重なる複数の高透磁率部材が、それぞれ離間するようにして配されることを特徴とする。

また、本発明に係る電力伝送システムは、地上に設置されて巻回された送電コイルを含む送電アンテナと、前記送電アンテナと対向配置され、巻回された受電コイルを含み、前記送電アンテナから電磁場を介して電気エネルギーを受電する受電アンテナと、を有し、水平面に対して前記受電コイルが形成する、内周縁と外周縁を有する鉛直方向投影面には、前記内周縁上の２点と前記外周縁上の２点とを囲む領域が、その全体と重なる複数の高透磁率部材が、それぞれ離間するようにして配されることを特徴とする。

また、本発明に係る電力伝送システムは、前記複数の高透磁率部材のうち、少なくとも１つの高透磁率部材は、前記外周縁上の２点の間の前記外周縁に沿った長さが、前記内周縁上の２点の間の前記内周縁に沿った長さより長いことを特徴とする。

また、本発明に係る電力伝送システムは、地上に設置されて巻回された送電コイルを含む送電アンテナと、前記送電アンテナと対向配置され、巻回された受電コイルを含み、前記送電アンテナから電磁場を介して電気エネルギーを受電する受電アンテナと、を有し、水平面に対して前記送電コイルが形成する、中心を共通とする内周円と外周円を有する鉛直方向投影面には、前記中心から放射状に延びる２つの仮想線と、前記内周円の一部と、前記外周円の一部と全体が重なる、複数の高透磁率部材が、それぞれ離間するようにして配されることを特徴とする。
本発明に係る電力伝送システムは、地上に設置されて巻回された送電コイルを含む送電アンテナと、前記送電アンテナと対向配置され、巻回された受電コイルを含み、前記送電アンテナから電磁場を介して電気エネルギーを受電する受電アンテナと、を有し、水平面に対して前記受電コイルが形成する、中心を共通とする内周円と外周円を有する鉛直方向投影面には、前記中心から放射状に延びる２つの仮想線と、前記内周円の一部と、前記外周円の一部と全体が重なる、複数の高透磁率部材が、それぞれ離間するようにして配されることを特徴とする。

また、本発明に係る電力伝送システムは、前記複数の高透磁率部材のうち、少なくとも１つの高透磁率部材は、前記外周円の一部の長さが、前記内周円の一部の長さより長いことを特徴とする。

また、本発明に係る電力伝送システムは、高透磁率部材がフェライト材であることを特徴とする。

また、本発明に係る電力伝送システムにおいては、適切に高透磁率部材が配されているために、最高の伝送効率を与える送電アンテナと受電アンテナの位置から多少のずれが生じた場合でも、漏洩電磁界を抑制することができ、また、これに伴い、電力伝送の効率低下も抑止することが可能となる。

本発明の実施形態に係る電力伝送システムのブロック図である。 電力伝送システムのインバーター部を示す図である。 送電アンテナ１０５（受電アンテナ２０１）の分解斜視図である。 受電アンテナ２０１・受電アンテナ２０１による電力伝送の様子を示す断面の模式図である。 本発明の実施形態に係る電力伝送システム１００の等価回路を示す図である。 本発明の他の実施形態に係るアンテナに用いるスパイダーコイルを説明する図である。 本発明の他の実施形態に係る受電アンテナの受電コイルの構成例である。 本発明の他の実施形態に係る受電アンテナにおける高透磁率部材の配置例を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る受電アンテナにおける高透磁率部材の配置例を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る受電アンテナにおける高透磁率部材の配置例を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る受電アンテナにおける高透磁率部材の配置例を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る受電アンテナ２０１における高透磁率部材６７７の配置例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の実施形態に係る電力伝送システムのブロック図である。なお、本発明に係るアンテナは、電力伝送システムを構成する受電側のアンテナと送電側のアンテナのいずれにも適用可能であるが、以下の実施形態においては受電側のアンテナに本発明のアンテナを適用した例につき説明する。

本発明のアンテナが用いられる電力伝送システムとしては、例えば、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）などの車両への充電のためのシステムが想定されている。電力伝送システムは、上記のような車両に対して電力を非接触で伝送するため、当該車両を停車させることが可能な停車スペースに設けられる。車両のユーザーはこの電力伝送システムが設けられている停車スペースに車両を停車させて、車両に搭載されている受電アンテナ２０１と、前記送電アンテナ１０５とを対向させることによって電力伝送システムからの電力を受電する。

電力伝送システムでは、電力伝送システム１００側の送電アンテナ１０５から、受電側システム２００側の受電アンテナ２０１へ効率的に電力を伝送する際、送電アンテナ１０５の共振周波数と、受電アンテナ２０１の共振周波数とを同一とすることで、送電側アンテナから受電側アンテナに対し、効率的にエネルギー伝達を行うようにする。

電力伝送システム１００におけるＡＣ／ＤＣ変換部１０１は、入力される商用電源を一定の直流に変換するコンバータである。このＡＣ／ＤＣ変換部１０１からの出力は電圧制御部１０２において、所定の電圧に昇圧されたりする。この電圧制御部１０２で生成される電圧の設定は主制御部１１０から制御可能となっている。

インバーター部１０３は、電圧制御部１０２から供給される電圧から所定の交流電圧を生成して、整合器１０４に入力する。図２は電力伝送システムのインバーター部を示す図である。インバーター部１０３は、例えば図２に示すように、フルブリッジ方式で接続されたＱ_A乃至Ｑ_Dからなる４つの電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）によって構成されている。

本実施形態においては、直列接続されたスイッチング素子Ｑ_Aとスイッチング素子Ｑ_Bの間の接続部Ｔ１と、直列接続されたスイッチング素子Ｑ_Cとスイッチング素子Ｑ_Dとの間の
接続部Ｔ２との間に整合器１０４が接続される構成となっており、スイッチング素子Ｑ_A
とスイッチング素子Ｑ_Dがオンのとき、スイッチング素子Ｑ_Bとスイッチング素子Ｑ_Cがオ
フとされ、スイッチング素子Ｑ_Bとスイッチング素子Ｑ_Cがオンのとき、スイッチング素子Ｑ_Aとスイッチング素子Ｑ_Dがオフとされることで、接続部Ｔ１と接続部Ｔ２との間に矩形波の交流電圧を発生させる。なお、本実施形態においては、各スイッチング素子のスイッチングによって生成される矩形波の周波数の範囲は２０ｋＨｚ〜数１０００ｋＨｚ程度である。

上記のようなインバーター部１０３を構成するスイッチング素子Ｑ_A乃至Ｑ_Dに対する駆動信号は主制御部１１０から入力されるようになっている。また、インバーター部１０３を駆動させるための周波数は主制御部１１０から制御することができるようになっている。

整合器１０４は、所定の回路定数を有する受動素子から構成され、インバーター部１０３からの出力が入力される。そして、整合器１０４からの出力は送電アンテナ１０５に供給される。整合器１０４を構成する受動素子の回路定数は、主制御部１１０からの指令に基づいて調整することができるようになっている。主制御部１１０は、送電アンテナ１０５と受電アンテナ２０１とが共振するように整合器１０４に対する指令を行う。なお、整合器１０４は必須の構成ではない。

送電アンテナ１０５は、誘導性リアクタンス成分を有するコイルから構成されており、対向するようにして配置される車両搭載の受電アンテナ２０１と共鳴することで、送電アンテナ１０５から出力される電気エネルギーを受電アンテナ２０１に送ることができるようになっている。

電力伝送システム１００の主制御部１１０はＣＰＵとＣＰＵ上で動作するプログラムを保持するＲＯＭとＣＰＵのワークエリアであるＲＡＭなどからなる汎用の情報処理部である。この主制御部１１０は、図示されている主制御部１１０と接続される各構成と協働するように動作する。

また、通信部１２０は車両側の通信部２２０と無線通信を行い、車両との間でデータの送受を可能にする構成である。通信部１２０によって受信したデータは主制御部１１０に転送され、また、主制御部１１０は所定情報を通信部１２０を介して車両側に送信することができるようになっている。

次に、車両側に設けられている構成について説明する。車両の受電側のシステムにおいて、受電アンテナ２０１は、送電アンテナ１０５と共鳴することによって、送電アンテナ１０５から出力される電気エネルギーを受電するものである。このような受電アンテナ２０１は、車両の底面部に取り付けられるようになっている。

受電アンテナ２０１で受電された交流電力は、整流部２０２において整流され、整流された電力は充電制御部２０３を通して電池２０４に蓄電されるようになっている。充電制御部２０３は主制御部２１０からの指令に基づいて電池２０４の蓄電を制御する。より具体的には、整流部２０２からの出力は充電制御部２０３において、所定の電圧値に昇圧又は降圧されて、電池２０４に蓄電されるようになっている。また、充電制御部２０３は電池２０４の残量管理なども行い得るように構成される。

主制御部２１０はＣＰＵとＣＰＵ上で動作するプログラムを保持するＲＯＭとＣＰＵのワークエリアであるＲＡＭなどからなる汎用の情報処理部である。この主制御部２１０は、図示されている主制御部２１０と接続される各構成と協働するように動作する。

インターフェイス部２３０は、車両の運転席部に設けられ、ユーザー（運転者）に対し所定の情報などを提供したり、或いは、ユーザーからの操作・入力を受け付けたりするものであり、表示装置、ボタン類、タッチパネル、スピーカーなどで構成されるものである。ユーザーによる所定の操作が実行されると、インターフェイス部２３０から操作データとして主制御部２１０に送られ処理される。また、ユーザーに所定の情報を提供する際には、主制御部２１０からインターフェイス部２３０に対して、所定情報を表示するための表示指示データが送信される。

また、車両側の通信部２２０は送電側の通信部１２０と無線通信を行い、送電側のシステムとの間でデータの送受を可能にする構成である。通信部２２０によって受信したデータは主制御部２１０に転送され、また、主制御部２１０は所定情報を通信部２２０を介して送電システム側に送信することができるようになっている。

電力伝送システムで、電力を受電しようとするユーザーは、上記のような送電側のシステムが設けられている停車スペースに車両を停車させ、インターフェイス部２３０から充電を実行する旨の入力を行う。これを受けた主制御部２１０は、充電制御部２０３からの電池２０４の残量を取得し、電池２０４の充電に必要な電力量を算出する。算出された電力量と送電を依頼する旨の情報は、車両側の通信部２２０から送電側のシステムの通信部１２０に送信される。これを受信した送電側システムの主制御部１１０は電圧制御部１０２、インバーター部１０３、整合器１０４を制御することで、車両側に電力を伝送するようになっている。

次に、以上のように構成される電力伝送システム１００で用いるアンテナの具体的な構成について説明する。以下、受電アンテナ２０１に本発明の構成を採用した例について説明するが、本発明のアンテナは送電アンテナ１０５に対しても適用し得るものである。

図３は本発明の実施形態に係る送電アンテナ１０５（受電アンテナ２０１）の分解斜視図であり、図４は本発明の実施形態に係る送電アンテナ１０５・受電アンテナ２０１による電力伝送の様子を示す断面の模式図であり、図４における矢印は磁力線を模式的に示している。

なお、以下の実施形態では、送電アンテナ１０５・受電アンテナ２０１におけるコイル体２７０が矩形平板状のものであることを例に説明するが、本発明のアンテナはこのような形状のコイルに限定されるものではない。例えば、コイル体２７０として円形平板状のものなども利用し得る。このようなコイル体２７０は、送電アンテナ１０５・受電アンテナ２０１における磁気共鳴アンテナ部として機能する。この「磁気共鳴アンテナ部」は、コイル体２７０のインダクタンス成分のみならず、その浮游容量に基づくキャパシタンス成分、或いは意図的に追加したコンデンサに基づくキャパシタンス成分をも含むものである。

なお、本発明に係る電力伝送システム１００においては、送電アンテナ１０５の回路定数（インダクタンス成分、キャパシタンス成分）と、受電アンテナ２０１の回路定数とは、あえて異なるように構成することで、伝送効率を向上させるようにしている。送電アンテナ１０５の回路定数及び受電アンテナ２０１の回路定数を異なるように構成する場合、例えば、コイル体２７０などの概略の形状は同一で、寸法が異なるものを用いることでこれを実現することができる。

ケース体２６０は、受電アンテナ２０１の誘導性リアクタンス成分を有するコイル体２７０を収容するために用いられるものである。このケース体２６０は、例えばポリカーボ
ネートなどの樹脂により構成される開口を有する箱体の形状をなしている。ケース体２６０の矩形状の底板部２６１の各辺からは側板部２６２が、前記底板部２６１に対して垂直方向に延在するようにして設けられている。そして、ケース体２６０の上方においては、側板部２６２に囲まれるような上方開口部２６３が構成されている。ケース体２６０にパッケージされた受電アンテナ２０１はこの上方開口部２６３側で車両本体部に取り付けられる。ケース体２６０を車両本体部に取り付けるためには、従来周知の任意の方法を用いることができる。なお、上方開口部２６３の周囲には、車両本体部への取り付け性を向上するために、フランジ部材などを設けるようにしても良い。

コイル体２７０は、ガラスエポキシ製の矩形平板状の基材２７１と、この基材２７１上に形成される渦巻き状の導電部２７２とから構成されている。渦巻き状をなす導電部２７２の内周側の第１端部２７３、及び外周側の第２端部２７４には不図示の導電線路が電気接続される。これにより、受電アンテナ２０１によって受電した電力を整流部２０２へと導けるようになっている。このようなコイル体２７０はケース体２６０の矩形状の底板部２１６上に載置され、適当な固着手段によって底板部２１６上に固着される。

コイル体２７０上には、コイル体２７０と第１距離ｄ₁離間されてフェライト基材２８
０が配されている。フェライト基材２８０としては、比抵抗が大きく、透磁率が大きく、磁気ヒステリシスが小さいものが望ましい。フェライト基材２８０は、ケース体２６０に対して適当な手段により固着されることで、コイル体２７０の上方に第１距離ｄ₁の空間
を空けて配されるようになっている。このようなレイアウトにより、送電アンテナ１０５側で発生する磁力線は、フェライト基材２８０を透過する率が高くなり、送電アンテナ１０５から受電アンテナ２０１への電力伝送において、車両本体部を構成する金属物による磁力線への影響が軽微となる。

また、ケース体２６０の上方開口部２６３においては、前記上方開口部２６３を覆うような矩形平板状のアルミニウム基材２９０が、フェライト基材２８０の上方に第２距離ｄ₂をおいて配されるようになっている。このようなアルミニウム基材２９０に用いる金属
材料としてはアルミニウム以外の金属を用いることも可能である。

本実施形態においては、アルミニウム基材２９０が前記上方開口部２６３を覆うように配されることで、コイル体２７０に対する車両本体金属部の影響を抑制することが可能となり、受信アンテナ２０１のアンテナとしての特性を確定することが可能となる。本実施形態によれば、アンテナの特性が確定しているために、受信アンテナ２０１を取り付ける車種に関わりなく、同様の電力伝送特性を期待することが可能となり、アンテナとしての汎用性が広がることとなる。

また、本実施形態においては、受電アンテナ２０１は上方開口部２６３にある車体取り付け部２６５を利用して車両本体部に取り付けられる。このような車体取り付け部２６５の構造は従来周知のものを適宜用いることができる。なお、上方開口部２６３の周囲には、車両本体部への取り付け性を向上するために、フランジ部材などを設けるようにしても良い。

以上のように本発明のアンテナは、主面を有する絶縁性の基材２７１上に所定の導電部２７２が形成されてなるコイル体２７０と、コイル体２７０上にコイル体２７０と第１距離ｄ₁離間されて配されるフェライト基材２８０と、フェライト基材２８０上にフェライ
ト基材２８０と第２距離ｄ₂離間されて配されるアルミニウム基材２９０と、アルミニウ
ム基材２９０上に配される車体取り付け部２６５と、を有している。

次ぎに、以上のように構成される送電アンテナ１０５・受電アンテナ２０１それぞれの
回路定数（インダクタンス成分、キャパシタンス成分）について説明する。図５は本発明の実施形態に係る電力伝送システム１００の等価回路を示す図である。

図５に示す等価回路において、送電アンテナ１０５のインダクタンス成分がＬ₁、キャ
パシタンス成分がＣ₁、抵抗成分がＲt₁であり、受電アンテナ２０１のインダクタンス成
分がＬ₂、キャパシタンス成分がＣ₂、抵抗成分がＲt₂であり、送電アンテナ１０５と受電アンテナ２０１との間の相互インダクタンスがＭであることを示している。また、Ｒは電池２０４の内部抵抗を示している。また、送電アンテナ１０５と受電アンテナ２０１との間の結合係数はｋによって示される。

また、本実施形態においては、送電アンテナ１０５は、インダクタンス成分Ｌ₁、キャ
パシタンス成分Ｃ₁である直列共振器を、また、受電アンテナ２０１は、インダクタンス
成分Ｌ₂、キャパシタンス成分Ｃ₂である直列共振器を構成するものと考える。

まず、磁気共鳴方式の電力伝送では、電力伝送システム１００側の送電アンテナ１０５から、受電側システム２００側の受電アンテナ２０１へ効率的に電力を伝送する際、送電アンテナ１０５の共振周波数と、受電アンテナ２０１の共振周波数とを同一とすることで、送電側アンテナから受電側アンテナに対し、効率的にエネルギー伝達を行うようにしている。このための条件は、下式（１）によって表すことができる。

これを、インダクタンス成分がＬ₁、キャパシタンス成分がＣ₁、インダクタンス成分がＬ₂、キャパシタンス成分がＣ₂のみの関係で示すと、下式（２）に要約することができる。

また、送電アンテナ１０５のインピーダンスは下式（３）により、また、受電アンテナ２０１のインピーダンスは下式（４）により、表すことができる。なお、本明細書においては、下式（３）及び下式（４）によって定義される値をそれぞれのアンテナのインピーダンスとして定義する。

磁気共鳴方式の電力伝送システム１００の受電側システムにおいて、電池２０４が定電圧充電モードに移行すると、電池２０４の電圧が一定なので、充電電力によって入力インピーダンスが変化する。電池２０４への充電電力が大きければ入力インピーダンスは低く、充電電力が小さければ入力インピーダンスは高くなる。受電側における受電アンテナ２０１は、効率の面から、電池２０４の充電電力に応じた入力インピーダンスに近いインピーダンスに設定することが望ましい。

一方、送電側における電源から見た送電アンテナ１０５への入力インピーダンスは、効率の面から高ければ高いほどよい。これは電源の内部抵抗分により電流の２乗比例でロスが発生するためである。

以上のことから、（３）式で示される送電アンテナ１０５のインピーダンスと、（４）式で示される受電アンテナ２０１のインピーダンスとの間には、下式（５）の関係が満たされることが望ましい。

これを、インダクタンス成分がＬ₁、キャパシタンス成分がＣ₁、インダクタンス成分がＬ₂、キャパシタンス成分がＣ₂のみの関係で示すと、下式（６）に要約することができる。

以上のように、本発明に係る電力伝送システム１００においては、送電アンテナ１０５の回路定数と、受電アンテナ２０１の回路定数とが上記の式（２）及び式（６）を満たすようにされているために、受電側システムで電池２０４の充電を行う場合に、効率的な電力伝送を行うことが可能となる。

送電アンテナ１０５の回路定数と、受電アンテナ２０１の回路定数におけるインダクタンス成分の観点から、上記の式（２）及び式（６）のような各関係を成立させるためには、基材２７１上に形成される渦巻き状の導電部２７２の寸法、レイアウト、及び、磁性体など補助部材の調整を行うことを挙げることができる。

より具体的には、図３に示す導電部２７２のパターンで説明すると、送電アンテナ１０
５の導電部２７２の長辺、短辺のいずれか、あるいは両方を受電アンテナ２０１のそれらよりも大きくして導電部２７２の全長を長くする、或いは、送電アンテナ１０５の導電部２７２の巻き数を受電アンテナ２０１のそれよりも多くする、送電アンテナ１０５の適所にフェライト等の磁性体を追加する、等が考えられる。

さらに電池２０４の内部インピーダンスとの関係についても言及する。受電側システムにおいて、電池２０４に対して効率的に充電が行える条件として、受電アンテナ２０１のインピーダンスと、電池２０４のインピーダンスとが整合していることを挙げることができる。

すなわち、本実施形態では、式（２）及び式（６）の条件に加えて、さらに、式（４）の受電アンテナ２０１のインピーダンスと電池２０４のインピーダンスRとの間に、

の関係を持たせることで、受電側システムで電池２０４の充電を行う場合、システム全体として、効率的な電力伝送を行うことを可能としている。

本発明に係る電力伝送システム１００で用い得るアンテナは、これまでに説明したようなものに限定されるものではない。

例えば、本発明に係る電力伝送システム１００においては、スパイダーコイルを用いたアンテナも好適に利用することができる。以下、このようなアンテナの具体的な構成について説明する。これらのアンテナは、送電アンテナ１０５及び受電アンテナ２０１の双方に適用し得るものである。なお、磁気共鳴方式で電力伝送を行うアンテナは、コイルのインダクタンス成分のみならず、その浮游容量に基づくキャパシタンス成分、或いは意図的に追加したコンデンサに基づくキャパシタンス成分をも含むものである。

図６は本発明の他の実施形態に係るアンテナに用いるスパイダーコイルを説明する図であり、図６（Ａ）はスパイダーコイルを造形するために利用される基材６００を示す図であり、図６（Ｂ）は基材６００に導体線４００を巻回する際のパターンの１例を示す図であり、図６（Ｃ）はスパイダーコイルを示す図である。

図６（Ａ）に示す図では、基材６００としては略円形であるものを例にとり説明するが、これに限定されるものではない。

基材６００は、第１面６０１と、これと表裏の関係にある第２面６０２とを有する基板状の部材であり、例えばポリカーボネートやポリプロピレンなどの誘電正接が小さい材料を用いて構成することが好ましい。

この基材６００は、略円形の平板部をなす基部６１０と、この基部６１０から放射状に延出する複数のコイル造形用突片６２０とから構成されている。

コイル造形用突片６２０は、第１面６０１又は第２面６０２のいずれか一方側に導体線４００が通され、導体線４００を係止するために利用される。これにより、導体線４００
でスパイダーコイルの形状が維持される。

次に、以上のような基材６００で造形する際の導体線４００の巻回パターンの１例について図６（Ｂ）を参照して説明する。導体線４００としては、複数の導体素線を集合させた撚り線を用いることが好ましい。

図６（Ｂ）において、矢印はコイルを巻回する際の順序を示している。例えば、図中（ａ）に示すコイル造形用突片６２０に導体線４００を係止することにより、導体線４００を巻回し始めたとすると、まず、（ａ）に示す２つのコイル造形用突片６２０にかけては、コイル造形用突片６２０の第１面６０１側において、導体線４００を係止させる。

続いて、（ｂ）に示す２つのコイル造形用突片６２０にかけては、コイル造形用突片６２０の第２面６０２側において、導体線４００を係止させる。

逆に、（ｃ）に示す２つのコイル造形用突片６２０にかけては、コイル造形用突片６２０の第１面６０１側において、導体線４００を係止させる。

以上のように、２つのコイル造形用突片６２０毎に、導体線４００を係止させる面を、第１面６０１側、第２面６０２側と交互に変える巻回パターンにより、（ｃ）→（ｄ）→（ｅ）→・・・と順次巻回する。このような巻回パターンとすることにより、インダクタンス成分Ｌが大きいアンテナを形成することが可能となる。

逆に、インダクタンス成分Ｌが大きいアンテナを形成する場合には、１つ１つのコイル造形用突片６２０毎に、導体線４００を係止させる面を、第１面６０１側、第２面６０２側と交互に変える巻回パターンが好ましい。

図６（Ｃ）は本発明の他の実施形態に係るアンテナに用いるスパイダーコイルを示す図であるが、このようなアンテナを送電アンテナ１０５、受電アンテナ２０１として用いることで、本発明を実現することもできる。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。電力伝送システムを電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）などの車両に対する電力供給に用いる場合においては、送電アンテナ１０５は地中部に埋設されように設置され、また、受電アンテナ２０１は車両の底面部にレイアウトされることが想定される。

このような利用形態で電力伝送システムを用いると、車両の駐車のさせ方によっては、送電アンテナ１０５と受電アンテナ２０１との間にはある程度のずれが生じることがある。最高の伝送効率を与える送電アンテナ１０５受電アンテナ２０１の位置から多少のずれが生じると、電力伝送を行っている最中、車両周辺には漏洩した電磁界が生じてしまう、という問題があった。また、このように電磁界が漏洩しているということは、電気エネルギーをロスしていることに他ならず、電力伝送の効率も低下してしまう、という問題もあった。

そこで、本実施形態においては、適切に高透磁率部材をシールド部材として配するようにして、最高の伝送効率を与える送電アンテナ１０５と受電アンテナ２０１の位置から多少のずれが生じた場合でも、漏洩電磁界を抑制することができ、また、これに伴い、電力伝送の効率低下も抑止することができるようにしている。

図７は本発明の他の実施形態に係る受電アンテナの受電コイル６７０の構成例である。なお、以下の実施形態では、受電アンテナ２０１の受電コイル６７０に本発明を適用した
例について説明するが、これに限らず本発明は、送電アンテナ１０５の送電コイル６５０にも適用することができる。

まず、汎用で入手しやすい棒状の高透磁率部材６７７を用いて、シールドを施して漏洩電磁界を抑制する例について説明する。なお、高透磁率部材６７７としては、例えばフェライト材を用いることができる。

図７は受電アンテナ２０１の分解斜視図であるが、棒状の高透磁率部材６７７は基材６７６上に放射状に配して、この基材６７６と、受電コイル６７０の基材６６０とを重ね合わせることで、受電アンテナ２０１を構成することを示している。

図８は、図７に示した受電アンテナ２０１における高透磁率部材６７７の配置例を示す図であるが、斜線部のコイル投影面６８０は、水平面に対して受電コイル６７０が形成する、鉛直方向投影面である。コイル投影面６８０は、中心６８１を共通とする内周円６８２と外周円６８３を有している。

図８に示す実施形態においては、８本の棒状の高透磁率部材６７７が用いられているが、これより多い１6本の棒状の高透磁率部材６７７を用いた図９のケースの方がよりシー
ルド効果を高めることができる。これは、コイル投影面６８０の面積をなるべく大きく高透磁率部材６７７がカバーしているからである。ただし、棒状の高透磁率部材６７７が当接すると、渦電流損の発生要因となるために、これを避ける必要がある。

しかしながら、図７や図８に示すように、中心６８１から放射状に広がる仮想線上にちょうど全体が重なるように高透磁率部材６７７を配置しても、コイル投影面６８０をカバーできる面積は限定的となる。これは、隣り合う高透磁率部材６７７のスペースも、中心６８１から放射状に広がってしまうからである。

そこで、本実施形態においては、図１０に示すように、コイル投影面６８０には、中心６８１から放射状に延びる仮想線に、全体が重なることがない、複数の棒状の高透磁率部材６７７が、それぞれ離間するようにして設けられている。

上記のような高透磁率部材６７７の配置によれば、汎用でコストが安く入手しやすい棒状の高透磁率部材６７７を用いることで、コイル投影面６８０をより多くカバーすることができるようになる。そして、このような本実施形態に係る電力伝送システムによれば、最高の伝送効率を与える送電アンテナ１０５と受電アンテナ２０１の位置から多少のずれが生じた場合でも、漏洩電磁界を抑制することができ、また、これに伴い、電力伝送の効率低下も抑止することができるようになる。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態も、先の実施形態同様、高透磁率部材６７７を用いることで、コイル投影面６８０をより多くカバーするようにしている。本実施形態においても、高透磁率部材６７７としては、例えばフェライト材を用いることができる。

図１１は本発明の他の実施形態に係る受電アンテナ２０１における高透磁率部材６７７の配置例を示す図である。

本実施形態において、高透磁率部材６７７の形状としては、共通中心６８１から放射状に延びる２つの仮想線（線ＤＡ、線ＣＢ）と、内周円６８２の一部（弧ＣＤ）と、外周円６８３の一部（弧ＡＢ）と全体が重なるものとなっている。そして、このような形状の高透磁率部材６７７が複数、それぞれ離間するようにして配されることを特徴としている。

このような実施形態によっても、最高の伝送効率を与える送電アンテナ１０５と受電アンテナ２０１の位置から多少のずれが生じた場合でも、漏洩電磁界を抑制することができ、また、これに伴い、電力伝送の効率低下も抑止することができるようになる。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。図１２は本発明の他の実施形態に係る受電アンテナ２０１における高透磁率部材６７７の配置例を示す図である。図１１に示した実施形態においては、受電コイル６７０の形状が、共通の中心を有する内周円と外周円とを有するものであり、したがって、コイル投影面６８０も、中心６８１を共通とする内周円６８２と外周円６８３を有するものであった。

しかしながら、本発明において用い得る受電コイル（又は、送電コイル）の形状は、このような形状に限定されるものではなく、レーストラック状に巻回されたコイルなども用いることができる。

図１２に示すコイル投影面６８０は、水平面に対して、レーストラック状に巻回された受電コイル（又は、送電コイル）が形成する鉛直方向投影面である。このようなコイル投影面６８０は、内周縁６９２と外周縁６９３を有するものである。また、本実施形態においても、高透磁率部材６７７としては、例えばフェライト材を用いることができる。

本実施形態において、高透磁率部材６７７の形状としては、内周縁６９２上の２点（Ｃ，Ｄ）と外周縁６９３縁上の２点（Ａ，Ｂ）とを囲む領域が全体と重なるものとなっている。そして、このような形状の高透磁率部材６７７が複数、それぞれ離間するようにして配されることを特徴としている。

このような実施形態によっても、最高の伝送効率を与える送電アンテナ１０５と受電アンテナ２０１の位置から多少のずれが生じた場合でも、漏洩電磁界を抑制することができ、また、これに伴い、電力伝送の効率低下も抑止することができるようになる。

１００・・・電力伝送システム
１０１・・・ＡＣ／ＤＣ変換部
１０２・・・電圧制御部
１０３・・・インバーター部
１０４・・・整合器
１０５・・・送電アンテナ
１１０・・・主制御部
１２０・・・通信部
２０１・・・受電アンテナ
２０２・・・整流部
２０３・・・充電制御部
２０４・・・電池
２１０・・・主制御部
２２０・・・通信部
２３０・・・インターフェイス部
２６０・・・ケース体
２１６・・・底板部
２６２・・・側板部
２６３・・・（上方）開口部
２６５・・・車体取り付け部
２７０・・・コイル体
２７１・・・基材
２７２・・・導電部
２７３・・・第１端部
２７４・・・第２端部
２８０・・・フェライト基材
２９０・・・アルミニウム基材
４００・・・導体線
６００・・・基材
６０１・・・第１面
６０２・・・第２面
６１０・・・基部
６２０・・・コイル造形用突片
６７０・・・受電コイル
６７６・・・基材
６７７・・・高透磁率部材
６８０・・・コイル投影面
６８１・・・共通中心
６８２・・・内周円
６８３・・・外周円
６９２・・・内周縁
６９３・・・外周縁

Claims (7)

1. 地上に設置されて巻回された送電コイルを含む送電アンテナと、
   前記送電アンテナと対向配置され、巻回された受電コイルを含み、前記送電アンテナから電磁場を介して電気エネルギーを受電する受電アンテナと、を有し、
   水平面に対して前記送電コイルが形成する、内周縁と外周縁を有する鉛直方向投影面には、
   前記内周縁上の２点と前記外周縁上の２点とを囲む領域が、その全体と重なる複数の高透磁率部材が、それぞれ離間するようにして配されることを特徴とする電力伝送システム。
2. 地上に設置されて巻回された送電コイルを含む送電アンテナと、
   前記送電アンテナと対向配置され、巻回された受電コイルを含み、前記送電アンテナから電磁場を介して電気エネルギーを受電する受電アンテナと、を有し、
   水平面に対して前記受電コイルが形成する、内周縁と外周縁を有する鉛直方向投影面には、
   前記内周縁上の２点と前記外周縁上の２点とを囲む領域が、その全体と重なる複数の高透磁率部材が、それぞれ離間するようにして配されることを特徴とする電力伝送システム。
3. 前記複数の高透磁率部材のうち、少なくとも１つの高透磁率部材は、前記外周縁上の２点の間の前記外周縁に沿った長さが、前記内周縁上の２点の間の前記内周縁に沿った長さより長いことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電力伝送システム。
4. 地上に設置されて巻回された送電コイルを含む送電アンテナと、
   前記送電アンテナと対向配置され、巻回された受電コイルを含み、前記送電アンテナから電磁場を介して電気エネルギーを受電する受電アンテナと、を有し、
   水平面に対して前記送電コイルが形成する、中心を共通とする内周円と外周円を有する鉛直方向投影面には、
   前記中心から放射状に延びる２つの仮想線と、前記内周円の一部と、前記外周円の一部と全体が重なる、複数の高透磁率部材が、それぞれ離間するようにして配されることを特徴とする電力伝送システム。
5. 地上に設置されて巻回された送電コイルを含む送電アンテナと、
   前記送電アンテナと対向配置され、巻回された受電コイルを含み、前記送電アンテナから電磁場を介して電気エネルギーを受電する受電アンテナと、を有し、
   水平面に対して前記受電コイルが形成する、中心を共通とする内周円と外周円を有する鉛直方向投影面には、
   前記中心から放射状に延びる２つの仮想線と、前記内周円の一部と、前記外周円の一部と全体が重なる、複数の高透磁率部材が、それぞれ離間するようにして配されることを特徴とする電力伝送システム。
6. 前記複数の高透磁率部材のうち、少なくとも１つの高透磁率部材は、
   前記外周円の一部の長さが、前記内周円の一部の長さより長いことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の電力伝送システム。
7. 高透磁率部材がフェライト材であることを特徴とする請求項乃至請求項６のいずれか１項に記載の電力伝送システム。

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