JP2014180166A - 共振子および無線電力伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁性体コアを巻回する巻線部の長さ方向への位置ずれ耐性を高める。
【解決手段】本発明の実施形態としての共振子は、第１磁性体コアと、第１巻線部と、第１突起部とを備える。前記第１磁性体コアは、少なくとも１つの第１磁性体コアブロックを含む。前記第１巻線部は、前記第１磁性体コアを巻回する。前記第１突起部は、前記第１磁性体コアブロックの一端である第１端と、前記第１巻線部との間のコアブロック部分に突出するように形成される。
【選択図】図５

Description

この発明の実施形態は、共振子および無線電力伝送装置に関する。

１次側共振子と２次側共振子を対向させて、無線電力伝送を行う無線電力伝送装置が知られている。１次側共振子と２次側共振子は、それぞれ磁性体コアにコイルを巻回したものとして構成される。１次側および２次側の各磁性体コアは、それぞれ平面上に間隔を空けて配置された複数個のコアから成る。この構成では、１次側共振子と２次側共振子間で、コイルを巻く方向と同じ方向に対する位置ずれに強く、小型・軽量化も可能である。しかしながら、コイルを巻く方向に対し垂直な方向（コイルの長さ方向）への位置ずれに対しては、許容範囲が狭いという課題があった。

特開2010-172084号公報 特開2011-50127号公報

Mickel Budhia, et al., "Design and Optimization of Magnetic Structures for Lumped Inductive Power Transfer Systems," IEEE ECCE, pp.2081-2088 (2009).

この発明の実施形態は、１次側および２次側共振子間の位置ずれ耐性を高めることを目的とする。

本発明の実施形態としての共振子は、第１磁性体コアと、第１巻線部と、第１突起部とを備える。

前記第１磁性体コアは、少なくとも１つの第１磁性体コアブロックを含む。

前記第１巻線部は、前記第１磁性体コアを巻回する。

前記第１突起部は、前記第１磁性体コアブロックの一端である第１端と、前記第１巻線部との間のコアブロック部分に突出するように形成される。

第１の実施の形態に係る無線電力伝送装置を示す。 第１の実施の形態におけるコイルの長さ方向の位置ずれを示す。 試作共振子の上面図とその寸法を示す。 ２つの試作共振子間に位置ずれがある時の結合係数を測定した結果のグラフを示す。 １次側共振子と２次側共振子間の位置ずれを示す。 １次側共振子に凸部がない場合の磁界分布を示す。 １次側共振子に凸部がある場合の磁界分布を示す。 １次側共振子より２次側共振子がやや寸法が小さい場合の２次側共振子および１次側共振子間の位置ずれを示す。 ２次側共振子より１次側共振子がやや寸法が小さい場合の２次側共振子および１次側共振子間の位置ずれを示す。 それぞれ磁性体コアブロックの中央からずれた位置にコイルが巻かれた２次側共振子と１次側共振子間の位置ずれを示す。 それぞれ磁性体コアブロックの中央からずれた位置にコイルが巻かれた２次側共振子と１次側共振子間の位置ずれの他の例を示す。 第２の実施の形態に係る無線電力伝送装置を示す。 第２の実施の形態におけるコイルの長さ方向の位置ずれを示す。 １次側共振子と２次側共振子が同じ寸法を持つ場合の位置ずれを示す。 ２次側共振子の寸法が１次側共振子よりやや小さい場合の位置ずれを示す。 それぞれ磁性体コアブロックの中央からずれた位置にコイルが巻かれた２次側共振子と１次側共振子間の位置ずれを示す。 それぞれ磁性体コアブロックの中央からずれた位置にコイルが巻かれた２次側共振子と１次側共振子間の位置ずれの他の例を示す。 共振子の変形例を示す。 共振子の他の変形例を示す。 共振子のさらに他の変形例を示す。 ２つのコイルが巻かれた１次側共振子と、１つのコイルが巻かれた２次側共振子間の位置ずれの例を示す。

以下、図面を参照しながら本実施の形態について詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１に、第１の実施の形態に係る無線電力伝送装置を示す。この無線電力伝送装置は１次側共振子と２次側共振子とを備える。

図１（Ａ）は１次側共振子および２次側共振子の平面図である。図１（Ｂ）は、１次側共振子と２次側共振子の側面図であり、図１（Ｃ）は１次側共振子と２次側共振子の正面図である。

１次側共振子１１は、磁性体コア１２と、磁性体コア１２を巻回する巻線部としてのコイル１３とを含む。磁性体コア１２は、間隔を空けて配置された磁性体コアブロック１４，１５を含む。磁性体コアブロック１４，１５は概ね扁平な板形状を有し、コイル１３の内側の左右両端に近接している。コイル１３は、コイル１３の中央が磁性体コアブロック１４、１５の中央に一致または略一致するように、巻かれている。磁性体コアブロック１４、１５において、コイルが巻かれた部分およびその近傍は、コイルの内側へ広くなっている。この部分は、電力伝送時に磁束が集中するため、幅を広くすることで、コアロスを低減している。また、コイルが巻かれた部分以外を狭くすることで、磁性体の分量を大幅に低減し、軽量化を図っている。

磁性体コアブロック１４の一端および他端と、コイル１３との間のコアブロック部分に突出するように突起部（以下凸部）１４ａ、１４ｂが形成されている。同様に、磁性体コアブロック１５の一端および他端と、コイル１３との間のコアブロック部分に突出するように凸部１５ａ、１５ｂが形成されている。これらの凸部は、各磁性体コアブロックの面のうち、１次側共振子を２次側共振子に対向させた際に２次側共振子と対向する面に形成されている。突起部１４ａ、１４ｂは、磁性体コアブロック１４よりも保磁力が大きい磁性体材料により形成されていてもよい。凸部１５ａ、１５ｂは、磁性体コアブロック１５よりも保磁力が大きい磁性体材料により形成されていてもよい。

２次側共振子５１は、凸部が形成されていない点を除いては、１次側共振子と同様の構成を有する。すなわち、２次側共振子５１は、磁性体コア５２と、磁性体コア５２を巻回するコイル５３とを含む。磁性体コア５２は、間隔を空けて配置された磁性体コアブロック５４，５５を含む。磁性体コアブロック５４，５５は、コイル５３の内側の左右両端に近接している。磁性体コアブロック５４，５５は、概ね扁平な板形状を有する。コイル５３は、その中央が磁性体コアブロックの中央に一致または略一致するように巻かれている。コイルが巻かれた部分およびその近くの磁性体コアブロックの部分は、内側に広くなっている。

図１において、１次側共振子における磁性体コアブロックの一端または他端からその中央までの寸法（距離）をＤ１、２次側共振子における磁性体コアブロックの一端または他端からその中央までの寸法（距離）をＤ２により示している。

ここで、電力伝送時に１次側共振子と２次側共振子間を対向させた際に、これらの間に発生し得る位置ずれについて説明する。位置ずれには、コイルの幅方向（コイルの巻く方向）の位置ずれと、コイルの長さ方向（コイルの巻く方向に垂直な方向）の位置ずれがある。コイルの長さ方向および幅方向の中央がそれぞれ一致するように１次側共振子と２次側共振子を対向させた場合を、いずれの方向にも位置ずれがない状態とする。

図２に、１次側共振子１１と２次側共振子５１間に、コイルの長さ方向に位置ずれが生じた状態を示す。本実施形態は、１次側共振子１１の磁性体コアブロックに形成した凸部により、コイルの長さ方向への位置ずれが生じた場合も、高い結合係数を維持することを特徴の１つとしている。高い結合係数を維持することで、高い伝送効率を得ることができる。

図３（Ａ）は、図１（Ａ）の左に示した２次側共振子と同様な構成を有する共振子（試作共振子）の上面図とその寸法を示す。試作共振子のコイルの幅方向をｘ軸，長さ方向をｙ軸としている。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示した試作共振子を２つ用意し、これらを対向させたときのｘ軸方向（コイルの幅方向）への位置ずれを表した断面図である。なお、試作共振子にはいずれも凸部は形成されていない。本実施形態では、特にｘ軸方向およびｙ軸方向（コイルの長さ方向）のうち、特にｙ軸方向への位置ずれ耐性を高めることを主眼としている。

図４は、図３（Ａ）で示した試作共振子を２つ対向配置させ、ｘおよびｙ軸方向に位置ずれした時の結合係数を測定した結果のグラフを表す。ｘ軸方向の位置ずれと結合係数の関係グラフが実線グラフ、ｙ軸方向の位置ずれと結合係数の関係グラフが破線グラフである。横軸は、位置ずれの長さ、縦軸が、結合係数の値を表す。対向するコイル間の距離は１５０ｍｍとしている。

コイル間効率は結合係数ｋとＱ値の積に依存する。Ｑ＝２００の共振子を用いた場合、結合係数ｋ＞０．１５の時，コイル間効率＞９５％が得られる。したがって、結合係数ｋ＝０．１５以上を目安とすると，ｘ軸方向は１５０ｍｍ，ｙ軸方向は１００ｍｍまでの位置ずれが、許容範囲となる。ｙ軸方向の許容範囲が小さいのは，２次側コイルを貫く磁束の総和が０になる点が存在するためである。図示の例では、ｙ軸方向の位置ずれが２００ｍｍの時に、磁束の打ち消しによる結合係数の低下が発生している。このｙ軸方向の位置ずれは，ｙ軸方向の寸法（４６０ｍｍ）の４３％に相当する。なお、この結合特性は，共振子の外形寸法に依存する。

ここで、２次側の試作共振子の磁性体コアブロックの先端から、磁性体コアブロックの中央までの距離をＤ（Ａ）とする（図３の例ではＤ（Ａ）は２３０ｍｍ）。このとき、ｙ軸方向の位置ずれが、Ｄ（Ａ）／２のときの結合係数を約０．１５まで向上させることができれば、位置ずれの影響がｘ軸方向と同等になり、効率を向上させることができる。すなわちｙ軸方向の位置ずれの耐性を、ｘ軸方向と同程度にまで高めることができる。通常の使用において生じる最大の位置ずれ長をＤ（Ａ）／２と想定し、このときの結合係数を約０．１５まで向上させることを考える。

図５は、図１に示した１次側共振子と２次側共振子が、ｙ軸方向に位置ずれした状態を示す。以下、本実施形態に係る１次側共振子を総称して１次側共振子Ｂ、２次側共振子を総称して２次側共振子Ａという場合がある。ここで簡単のため、ｘ軸方向への位置ずれはないものと想定する。２つの共振子は、同じ寸法を持つとする。Ｄ（Ａ）は、磁性体コアブロックの先端から、磁性体コアブロックの中央までの距離を示す。図示の例では、ｙ軸方向の位置ずれが、Ｄ（Ａ）の半分のときの状態が示される。この例では、両共振子とも、コイルの中央は、磁性体コアブロックの中央に一致している。

仮に、１次側共振子Ｂに凸部が存在しない場合を考える。この場合、位置ずれが存在しなければ、両共振子のコアブロックは、先端同士間で最も強い電磁結合を発生させる。しかしながら、この状態で位置ずれが生じると、先端同士間の電磁結合は、位置ずれに応じて低下する。そこで、本実施形態では、１次側共振子Ｂに凸部を設けることで、この問題を解決する。１次側共振子に凸部を形成することで、位置ずれ時に、この凸部と、２次側共振子Ａの先端との距離が近くなって、これらの間に強い電磁結合が生じ、この電磁結合が、先端同士間の電磁結合の低下を補う。具体的に、図示の例では、紙面左側の凸部による電磁結合５０２が、左側の先端同士の電磁結合５０１間の低下を補う。電磁気は、エッジ部と強く結合する性質があるため、凸部を形成することで、エッジの箇所を磁性体コアブロックの両端以外にも形成し、これを利用して、位置ずれ時の磁気結合の低下を抑制する。

図６に１次側共振子に凸部がない場合の磁界分布、図７に１次側共振子に凸部がある場合の磁界分布を示す。これらの磁界分布は、シミュレーションで求めたものである。位置ずれ時に、凸部と、２次側共振子の先端との電磁結合が、先端同士間の電磁結合の低下を補う。これにより、全体として結合の低下が抑制される。なお、この例では突起部の側断面形状が、これまでの矩形状に対し、三角状になっている。このように、凸部の形状は任意でかまわない。

ここで凸部の配置位置について説明する。図５に示したように、２次側共振子Ａのコアブロックの先端から中央までの距離を、Ｄ（Ａ）とする。また、１次側共振子Ｂのコアブロックの先端から中央までの距離をＤ（Ｂ）とする。このとき、１次側共振子Ｂのコアブロックの先端より、｛Ｄ（Ｂ）−Ｄ（Ａ）／２｝までの範囲内の位置に、凸部を形成することが望ましい。たとえば、凸部の両端のうちコイル側の端が、当該範囲内に収まるようにする。

仮に、この範囲を越えて、よりコイルに近い側に凸部を設けると、ｙ軸方向の位置ずれがＤ（Ａ）の２分の１を越えた場合に、凸部の位置が、２次側共振子のコイルの中央を越えてしまう。この場合、１次側と２次側とで互いに反対側のコアブロック間に、結合５０３が生じる恐れがある。この結合は、主たる電磁結合と反対の極性の結合、つまり、プラス同士あるいはマイナス同士の結合であり、本来の結合を減じるため、伝送効率が低減する。

したがって、凸部の位置Ｐ１は、コアブロックの先端より、｛Ｄ（Ｂ）−Ｄ（Ａ）／２｝までの範囲内の位置とすることが望ましい。コイルを挟んで反対側にある凸部の位置についても、同様である。ｙ軸方向へ位置ずれが起こった場合の結合係数の低下を抑制する観点から、凸部はコアブロックの先端から離れた位置に配置することが、効果的である。

図５に示した例では、１次側および２次側の共振子の寸法は同じであったが、２次側共振子Ａのコイルの長さ方向の寸法が、１次側共振子Ｂよりも小さい場合を考える。

図８に、２次側共振子Ａのコイルの長さ方向の寸法が、１次側共振子Ｂより小さい場合の構成を示す。このとき、コイルの長さ方向の位置ずれが、Ｄ（Ａ）の半分の場合を考える。主たる電磁結合と反対の極性の結合８０３を避けるためには、図５の例と同様、凸部の位置Ｐ２（１）、Ｐ２（２）は、それぞれコアブロックの先端より｛Ｄ（Ｂ）−Ｄ（Ａ）／２｝までの位置とすることが望ましい。位置ずれがＤ（Ａ）の２分の１まで達したときでも、１次側共振子Ｂの凸部と、２次側共振子Ａの先端との電磁結合８０２が、先端同士の電磁結合８０１の低下を補う。

図８Ａに、１次側共振子Ｂのコイルの長さ方向の寸法が、２次側共振子Ａより小さい場合の構成を示す。この場合も、主たる電磁結合と反対の極性の結合８０３ａを避けるためには、凸部の位置Ｐ２ａ（１）、Ｐ２ａ（２）は、それぞれコアブロックの先端より、｛Ｄ（Ｂ）−Ｄ（Ａ）／２｝までの位置とすることが望ましい。位置ずれがＤ（Ａ）の２分の１まで達したときでも、１次側共振子Ｂの凸部と、２次側共振子Ａの先端との電磁結合８０２ａが、先端同士の電磁結合８０１ａの低下を補う。

これまで示してきた例では、１次側および２次側とも磁性体コアブロックの中央とコイルの中央が一致していたが、以下ではコイルの中央が、磁性体コアブロックの中央からずれた場合を説明する。

図９に示すように、上側の２次側共振子Ａと下側の１次側共振子Ｂの双方において、コイルが、それぞれ磁性体コアブロックの中央からずれた位置に巻かれている。２次側共振子Ａでは中央よりも前側、１次側共振子Ｂでも中央より前側に、コイルが巻かれている。なお、紙面に沿って左側を、前側、紙面に沿って右側を、前側の反対側の後ろ側としている。

２次側共振子Ａが１次側共振子Ｂに対し、前側に位置ずれした場合を考える。１次側共振子Ｂにおいて、磁性体コアブロックの前側の先端から、コイルの中央までの距離をＤｆ（Ｂ）とする。２次側共振子Ａにおいて、磁性体コアブロックの後ろ側の先端から、コイルの中央までの距離をＤｂ（Ａ）とする。

ここで、位置ずれがＤｂ（Ａ）の半分の場合を考える。主たる電磁結合と反対の極性の結合１４０３を避けるためには、前側の凸部の位置Ｐ３は、コアブロックの前側の先端より｛Ｄｆ（Ｂ）−Ｄｂ（Ａ）／２｝までの範囲内の位置とすることが望ましい。

位置ずれがＤｂ（Ａ）の２分の１まで達したときでも、後ろ側に形成した凸部により、２次側共振子Ａの磁性体コアブロックの後ろ側の先端との電磁結合１４０２が、後ろ側先端同士の電磁結合１４０１の低下を補う。なお、後ろ側の凸部の位置の条件は、次の図１０で説明する。

図９に示した例では、２次側共振子が１次側共振子に対し、前側に位置ずれしていたが、後ろ側に位置ずれした場合を考える。このときの状況を図１０に示す。２次側共振子Ａのコアブロックの前側の先端から、コイルの中央までの距離をＤｆ（Ａ）とする。１次側共振子Ｂのコアブロックの後ろ側の先端から、コイル中央までの距離をＤｂ（Ｂ）とする。

後ろ側への位置ずれが、Ｄｆ（Ａ）の半分の場合を考える。主たる電磁結合と反対の極性の結合１５０３を避けるためには、凸部の位置Ｐ４は、コアブロックの後ろ側の先端より、｛Ｄｂ（Ｂ）−Ｄｆ（Ａ）／２｝までの位置とすることが望ましい。

位置ずれがＤｆ（Ａ）の２分の１まで達したときでも、前側に形成した凸部により、２次側共振子Ａの先端との電磁結合１５０２が、先端同士の電磁結合１５０１の低下を補う。

なお、２次側共振子Ａおよび１次側共振子Ｂとも、磁性体コアブロックの中央からずれた位置にコイルを巻く場合、双方のコイルの両側のコアブロック部分が長い方同士、短い方同士を、同じ前後方向に置くことが望ましい。これにより、位置ずれによる結合係数の劣化を低減することが考えられる。

これまで示した共振子の磁性体コアブロックは平板形状を有していたが、他の種々の形状が可能である。

図１７は、他の形状の磁性体コアブロックに凸部を形成した共振子の例を示す側面図である。

図１７（Ａ）では、磁性体コアブロックの両端の厚さを薄くして、軽量化を図っている。Ａ１、Ａ２は凸部を示す。

図１７（Ｂ）では、コイルを巻く部分の厚さが、他の部分に比べてステップ状に大きくなっている。Ｂ１、Ｂ２は凸部を示す。

図１７（Ｃ）では、磁性体コアブロックの厚みは全体で同一であるが、両端部分が、厚みの半分ほど、上側にオフセットされている。これにより、対向する共振子との距離を縮め、結合係数の増加を図る。Ｃ１、Ｃ２は凸部を示す。

図１７（Ｄ）では、磁性体コアブロックの厚みが、中央に近いほど厚くなっている。コイルは、最も厚みの大きい中央部に巻回されている。磁性体コアブロックは、全体として上下対称の形状を有する。Ｄ１、Ｄ２は凸部を示す。

図１７（Ｅ）では、磁性体コアブロックの厚みが、中央に近いほど厚くなるように変化しているが、図１７（Ｄ）と異なり、磁性体コアブロックが全体として上下非対称の形状を有する。Ｅ１、Ｅ２は凸部を示す。

図１７に示した以外にも、凸部を形成する磁性体コアブロックの形状は、種々の変形が可能である。特に平面形状における変形例を図１８に示す。

図１８（Ａ）では、左右各磁性体コアブロックの中央部の幅が、外側に広くなっている。Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４は凸部を示す。

図１８（Ｂ）では、左右各磁性体コアブロックの中央部の幅が、内側および外側の双方に広くなっている。Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４は凸部を示す。

図１８（Ｃ）では、左右各磁性体コアブロックの幅が、全体にわたって均一になっている。Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４は凸部を示す。

図１８（Ｄ）では、左右各磁性体コアブロックの中央に近づくほど、内側に幅が徐徐に広くなっており、中央付近では一定の幅を有する。Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４は凸部を示す。

図１８（Ｅ）では、左右各磁性体コアブロックの中央に近づくほど、外側に幅が徐徐に広くなっており、中央付近では一定の幅を有する。Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４は凸部を示す。

図１８（Ｆ）では、左右各磁性体コアブロックの中央に近づくほど、内側および外側の双方に徐々に幅が広くなっており、中央付近では一定の幅を有する。Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４は凸部を示す。

図１８（Ｇ）では、左右各磁性体コアブロックの中央部と両端部の幅が、外側に広くなっている。Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４は凸部を示す。

図１８（Ｈ）では、左右各磁性体コアブロックの中央部と両端部の幅が、内側に広くなっている。Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４は凸部を示す。

図１８（Ｉ）、図１８（Ｊ）、図１８（Ｋ）では、一対の磁性体コアブロックに複数のコイルが間隔を空けて巻回されている。すなわち、磁性体コアの巻線部が、間隔を空けて配置された複数のコイルを含む。コイルを巻く場所を複数にすることにより、温度上昇する場所を分散させることができる。

図１８（Ｉ）では、磁性体コアブロックのうち、２つのコイルが巻回された部分の幅が内側に広くなっている。両端は、テーパー状に狭くして、軽量化を図っている。Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４は凸部を示す。

図１８（Ｊ）でも、左右各磁性体コアブロックのうち、２つのコイルが巻回された部分の幅が内側に広くなっている。コイルを巻く部分を磁性体コアブロックの中央に集中させている。Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３、Ｊ４は凸部を示す。

図１８（Ｋ）では、左右各磁性体コアブロックのうち、２つのコイルが巻回された部分の幅が内側に広くなっている。両端の幅は、ステップ状に狭くして、軽量化を図っている。Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４は凸部を示す。

これまで説明した例では、１次側および２次側の共振子に含まれる磁性体コアブロックの個数は２つであったが、３つ以上でもよいし、１つでもよい。以下に、これらの例を示す。

図１９（Ａ）、図１９（Ｂ）、図１９（Ｃ）、図１９（Ｄ）、図１９（Ｅ）、図１９（Ｆ）、は、磁性体コアブロックの個数が３つの例を示す。図１９（Ａ）〜図１９（Ｄ）では、３つの磁性体コアブロックが、互いに間隔を空けて配置されている。図１９（Ｅ）、図１９（Ｆ）では、３つの磁性体コアブロックが一体に結合しており、中心の磁性体コアブロックのコイル長方向の寸法は、両側よりも小さくされている。図１９（Ａ）〜図１９（Ｄ）では、３つの磁性体コアブロックのそれぞれに、凸部が形成されている。Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６は、凸部を示す。図１９（Ｅ）では、両側の磁性体コアブロックのみに、凸部Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４が形成されている。図１９（Ｆ）では、３つの磁性体ブロックにまたがるように、紙面に沿って横長の凸部Ｆ１、Ｆ２が形成されている。図１９（Ａ）〜図１９（Ｆ）に示した各磁性体コアブロックの厚みは均一でもよいし、図１７に示したように種々の変形を用いても良い。

図１９（Ｇ）では、磁性体コアブロックの個数が１つである。図１９（Ｇ）では、縦長の磁性体コアブロックの中央に、２つのコイルが間隔を空けて配置されている。１つの磁性体コアブロックの両端から、コイル側へ少し離れた位置に、凸部Ｇ１、Ｇ２が形成されている。図１９（Ｈ）では、扁平な板状の１つの磁性体コアの中央に、１つのコイルが巻回されている。磁性体コアの両端から、コイル側へ少し離れた位置に、紙面に沿って横長の凸部Ｈ１、Ｈ２が形成されている。磁性体コアブロックまたは磁性体コアの厚みは均一でもよいし、図１７に示したように種々の変形を用いてもよい。

ここで、図１８（Ｉ）、図１８（Ｊ）、図１８（Ｋ）のように、磁性体コアブロックに２つのコイルを巻回した場合の凸部の位置について考える。

図２０に示すように、上側の２次側共振子Ａでは、磁性体コアの巻線部として、２つのコイルが間隔を空けて巻かれている。磁性体コアブロックの中央に対して、前側および後ろ側に、同じ距離Ｌ１だけ離れた位置に、コイルが巻かれている。各コイルの巻き数および巻線の間隔は同じであるとする。下側の１次側共振子Ｂはこれまでと同様、１つのコイルが巻回され、当該コイルの両側に凸部が形成されている。１次側共振子Ｂでは、コイルの中央と磁性体コアブロックの中央が一致している。

２次側共振子Ａが１次側共振子Ｂに対し、後ろ側に位置ずれしている場合を考える。このとき、２つのコイル間のコアブロック部分の中央が、巻線部の中央に対応すると考え、図５または図８で説明したのと同様の範囲に、凸部を形成すればよい。つまり、１次側共振子において、磁性体コアブロックの先端から、｛Ｄ（Ｂ）−Ｄ（Ａ）／２｝までの範囲内の位置Ｐ３０に、凸部を配置することが望ましい。コイルを挟んで反対側にある凸部の位置についても同様である。

図２０に示した例では、２つのコイル間のコアブロック部分の中央と、磁性体コアブロックの中央が一致しているが、２つのコイル間のコアブロック部分の中央が、磁性体コアブロックの中央に一致しない場合もある。この場合も、２つのコイル間のコアブロック部分の中央を、巻線部の中央と考え、図９や図１０で説明したのと同様の範囲に、凸部を配置すればよい。

以上に述べた本実施形態では、コイルの両側に、それぞれ凸部を形成したが、いずれか一方の側のみに、凸部を形成してもよい。これは、特に、前側および後ろ側の一方のみに、位置ずれが起こることが想定される場合に、有効である。

また、本実施形態では、コイルの両側にそれぞれ１つのみ凸部を形成したが、それぞれ２つ以上の凸部を形成してもかまわない。また、コイルの両側で、それぞれ異なる個数の凸部を形成してもかまわない。

また、本実施形態では、磁性体コアブロックの面のうち、２次側共振子と対向する面（表面）に凸部を形成したが、その他の面、たとえば、磁性体コアブロック両側面のうちの一方または両方に、凸部を形成してもかまわない。また、磁性体コアブロックの表面と、磁性体コアブロックの一方または他方の側面との両方にまたがるように、凸部を形成してもかまわない。

以上、本実施形態よれば、コイルを巻く方向に対し垂直な方向への位置ずれがある程度生じた場合にも、共振子間の結合係数の減少を抑えることができる。

なお、第１の実施形態では、１次側共振子に凸部を設け、２次側共振子に凸部を設けない形態を示したが、２次側共振子に凸部を設けて、１次側共振子に凸部を設けない形態でもよい。

（第２の実施形態）
図１１に、第２の実施の形態に係る無線電力伝送装置を示す。第１の実施形態と異なる点は、１次側共振子のみならず、２次側共振子の磁性体コアブロックにも、凸部が形成されたことである。これ以外の構成は、第１の実施形態と同様であるため、同一または対応する要素には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

２次側共振子６１における磁性体コアブロック５４に凸部５４ａ、５４ｂが、磁性体コアブロック５５に凸部５５ａ、５５ｂが形成されている。より詳細に、磁性体コアブロック５４の一端および他端と、コイル５３との間のコアブロック部分に突出するように、凸部５４ａ、５４ｂが形成されている。凸部５４ａ、５４ｂは、磁性体コアブロック５４の一端および他端から離れた位置に、形成されている。同様に、磁性体コアブロック５５の一端および他端と、コイル５３との間のコアブロック部分に突出するように、凸部５５ａ、５５ｂが形成されている。凸部５５ａ、５５ｂは、磁性体コアブロック５５の一端および他端から離れた位置に、形成されている。

２次側共振子におけるこれらの凸部は、磁性体コアブロックの各面のうち、位置合わせ時に１次側共振子と対向する面に形成されている。ただし、凸部を形成する面は、第１の実施形態で述べた１次側共振子と同様、他の面でもよい。凸部５５ａ、５５ｂは、磁性体コアブロック５５よりも保磁力が大きい磁性体材料により形成されていてもよい。凸部５５ａ、５５ｂは、磁性体コアブロック５５よりも保磁力が大きい磁性体材料により形成されていてもよい。

図１２に、図１１に示した１次側共振子および２次側共振子間に、コイルの長さ方向に位置ずれが生じた状態を示す。本実施形態は、１次側のみならず、２次側の磁性体コアブロックにも凸部を形成することにより、コイルの長さ方向への位置ずれが生じた場合も、結合係数を一層高く維持可能にする。これにより、より高い伝送効率を実現する。

図１３は、下側の１次側共振子Ｂと、上側の２次側共振子Ａが同じ寸法を持ち、２次側共振子Ａが、後ろ側にＤ（Ａ）の半分だけ位置ずれした場合を示す。１次側共振子Ｂおよび２次側共振子Ａとも、それぞれのコイルの中央が、磁性体コアブロックの中央に一致している。Ｄ（Ａ）は、２次側共振子Ａの磁性体コアブロックの一端から中央までの長さを示す。

仮に、２次側共振子Ａに凸部が形成されていない場合を考える。このとき、位置ずれが存在しなければ、両共振子のコアブロックの両側で、先端同士で最も強く電磁結合する。しかしながら、この状態で、２次側共振子が後ろ側に位置ずれすると、後ろ側の先端同士の電磁結合が、大きく低下する。そこで、本実施形態では、２次側共振子Ａに凸部を設けることで、この問題を解決する。すなわち、後ろ側に位置ずれした場合、２次側共振子Ａの後ろ側の凸部と、１次側共振子Ｂの後ろ側の先端との距離が近くなり、ここでの電磁結合１２０２が、後ろ側の先端同士の電磁結合１２０１の低下を補う。また、第１の実施形態と同様に、１次側共振子の前側の凸部と、２次側共振子の前側の先端との距離が近くなり、ここでの電磁結合１１０２が、前側の先端同士の電磁結合１１０１の低下を補う。よって、電磁結合の低下は抑制される。

ここで、２次側共振子に凸部を形成する位置について、説明する。２次側共振子Ａにおけるコアブロックの先端から、コイルの中央までの距離をＤ（Ａ）とする。また、１次側共振子Ｂのコアブロックの先端から、コイルの中央までの距離をＤ（Ｂ）とする。１次側共振子Ｂの凸部の位置Ｐ５は、第１の実施形態と同様、コアブロックの先端より｛Ｄ（Ｂ）−Ｄ（Ａ）／２｝までの範囲内とする。２次側共振子Ａの凸部の位置Ｐ６は、コアブロックの先端より｛Ｄ（Ａ）／２｝までの位置とする。

仮に、１次側共振子Ｂのコアブロックの先端より｛Ｄ（Ｂ）−Ｄ（Ａ）／２｝を越えて凸部を設けたり、２次側共振子Ａのコアブロックの先端より｛Ｄ（Ａ）／２｝を越えて凸部を設けたりすると、凸部の位置が相手の共振子の中央を越えてしまう。この場合、１次側および２次側の両共振子Ａ，Ｂ間で、互いに反対側のコアブロック間の結合１１０３や１１０４が生じる恐れがある。この結合は、主たる電磁結合と反対の極性の結合となり、本来の結合を減じるため、伝送効率が低減する。

したがって、２次側共振子Ａの凸部の位置は、コアブロックの先端より｛Ｄ（Ａ）／２｝までの範囲内とし、１次側共振子Ｂの凸部の位置を、コアブロックの先端より｛Ｄ（Ｂ）−Ｄ（Ａ）／２｝までの範囲内とすることが望ましい。

図１１〜図１３に示した例では、１次側および２次側の共振子の寸法は同じであったが、２次側共振子Ａのコイルの長さ方向の寸法が、１次側共振子Ｂよりも小さい場合も、同様に考えることができる。

図１４に、下側の１次側共振子Ｂより、上側の２次側共振子Ａが、ややコイルの長さ方向の寸法が小さい場合の位置ずれを示す。このとき、コイル長さ方向の位置ずれが、Ｄ（Ａ）の半分の場合を考える。なお、１次側および２次側とも、コイルの中央が、磁性体コアブロックの一致している。

主たる電磁結合と反対の極性の結合１２０３、１２０４を避けるためには、１次側共振子Ｂにおける凸部の位置Ｐ１０は、コアブロックの先端より、｛Ｄ（Ｂ）−Ｄ（Ａ）／２｝までの範囲内とすることが望ましい。コイルを挟んで反対側の凸部についても、同様である。２次側共振子Ａの凸部の位置Ｐ１１は、コアブロックの先端より｛Ｄ（Ａ）／２｝までの位置とすることが望ましい。コイルを挟んで反対側の凸部についても、同様である。

位置ずれがＤ（Ａ）の２分の１まで達したときでも、２次側共振子Ａの後ろ側の凸部と、１次側共振子Ｂの後ろ側の先端との電磁結合１２０６が、先端同士の電磁結合１２０５の低下を補う。また、第１の実施形態と同様、１次側共振子Ｂの前側の凸部と、２次側共振子Ａの前側の先端との電磁結合１２０２が、先端同士の電磁結合１２０１の低下を補う。

これまで示してきた例では、１次側および２次側の共振子とも、それぞれのコイルの中央が、磁性体コアブロックの中央に一致していた。以下では、１次側および２次側の双方の共振子において、磁性体コアブロックの中央からずれた位置に、コイルが巻回された場合を示す。

図１５に示すように、２次側共振子Ａと１次側共振子Ｂの双方において、コイルが磁性体コアブロックの中央からずれた位置に、巻かれている。２次側共振子Ａでは磁性体コアブロックの中央よりも前側、１次側共振子Ｂも、磁性体コアブロックの中央より前側にコイルが巻かれている。

２次側共振子Ａが１次側共振子Ｂに対し、前側に位置ずれしている場合を考える。２次側共振子Ａにおいて、コアブロックの後ろ側の先端から、コイルの中央までの距離をＤｂ（Ａ）とする。１次側共振子Ｂにおいて、コアブロックのうち前側の先端から、コイルの中央までの距離をＤｆ（Ｂ）とする。２次側共振子が前側へ、Ｄｂ（Ａ）の半分だけ位置ずれした場合を考える。主たる電磁結合と反対の極性の結合１６０３、１６０４を避けるためには、１次側共振子Ｂの前側の凸部の位置Ｐ１２は、コアブロックの前側の先端より｛Ｄｆ（Ｂ）−Ｄｂ（Ａ）／２｝までの範囲内とすることが望ましい。２次側共振子Ａの後ろ側の凸部の位置Ｐ１３は、コアブロックの後ろ側の先端より、｛Ｄｂ（Ａ）／２｝までの範囲内とすることが望ましい。

位置ずれの長さがＤｂ（Ａ）の２分の１まで達したときでも、１次側共振子Ｂのコアブロックの後ろ側の凸部と、２次側共振子Ａにおける後ろ側の先端との電磁結合１６０２が、先端同士の電磁結合１６０１の低下を補う。同様に、１次側共振子Ｂのコアブロックの前側の先端と、２次側共振子Ａにおける前側の凸部との電磁結合が、前側の先端同士の電磁結合の低下を補う。これにより、結合係数の高い状態が維持される。

この例では、２次側共振子が１次側共振子に対し、前側に位置ずれしていたが、後ろ側に位置ずれする場合を考える。このときの状況を図１６に示す。

２次側共振子Ａのコアブロックの前側の先端から、コイルの中央までの距離をＤｆ（Ａ）とする。１次側共振子Ｂのコアブロックの後ろ側の先端から、コイルの中央までの距離をＤｂ（Ｂ）とする。２次側共振子が後ろ側へ、Ｄｆ（Ａ）の半分だけ位置ずれした場合を考える。主たる電磁結合と反対の極性の結合１７０３、１７０４を避けるためには、１次側共振子Ｂの後ろ側の凸部の位置Ｐ１５は、コアブロックの後ろ側の先端より｛Ｄｂ（Ｂ）−Ｄｆ（Ａ）／２｝までの範囲内とすることが望ましい。２次側共振子Ａの前側の凸部は、コアブロックの先端より｛Ｄｆ（Ａ）／２｝までの位置とすることが望ましい。

後ろ側への位置ずれがＤｆ（Ａ）の２分の１まで達したときでも、１次側共振子Ｂの前側の凸部と、２次側共振子Ａの磁性体コアブロックの前側の先端との電磁結合１７０２が、前側の先端同士の電磁結合１７０１の低下を補う。同様に、１次側共振子Ｂの後ろ側の先端と、２次側共振子Ａの磁性体コアブロックの後ろ側の凸部との電磁結合が、後ろ側の先端同士の電磁結合の低下を補う。これにより、結合係数の高い状態が維持される。

なお、２次側共振子Ａおよび１次側共振子Ｂとも、磁性体コアブロックの中央からずれた位置にコイルを巻く場合、双方のコイルの両側のコアブロック部分が長い方同士、短い方同士を、同じ前後方向に置くことが望ましい。これにより、位置ずれによる結合係数の劣化を低減することが考えられる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

Claims (13)

1. 少なくとも１つの第１磁性体コアブロックを含む第１磁性体コアと、
   前記第１磁性体コアを巻回する第１巻線部と、
   前記第１磁性体コアブロックの一端である第１端と、前記第１巻線部との間のコアブロック部分に突出するように形成された第１突起部と
   を備えた共振子。
2. 前記第１巻線部の中央から前記第１磁性体コアブロックの第１端までの距離を第１距離とし、
   対向配置された他共振子の巻線部の中央から、前記他共振子の磁性体コアブロックの前記第１磁性体コアブロックの第１端と反対側の一端までの距離を第２距離としたとき、
   前記第１突起部は、前記第１距離から前記第２距離の１／２だけ減算した距離だけ前記第１端から離れた箇所と、前記第１端との間に形成された、
   請求項１に記載の共振子。
3. 前記第１突起部は、前記第１磁性体コアブロックよりも保磁力が大きい磁性体材料により形成された、請求項１または２に記載の共振子。
4. 前記第１磁性体コアブロックの前記第１端とは別の一端である第２端と、前記第１巻線部との間のコアブロック部分に突出するように形成された第２突起部をさらに備えた請求項１ないし３のいずれか一項に記載の共振子。
5. 前記第１巻線部の中央から前記第１磁性体コアブロックの第２端までの距離を第３距離とし、
   対向配置された他共振子の巻線部の中央から、前記他共振子の磁性体コアブロックの前記第１磁性体コアブロックの第２端と反対側の一端までの距離を第４距離としたとき、
   前記第２突起部は、前記第３距離から前記第４距離の１／２を減じた距離だけ前記第２端から離れた箇所と、前記第２端との間に形成された、
   請求項４に記載の共振子。
6. 前記第２突起部は、前記第１磁性体コアブロックよりも保磁力が大きい磁性体材料により形成された、請求項４または５に記載の共振子。
7. 互いに対向配置された第１共振子と第２共振子間で電力伝送を行う無線電力伝送装置であって、
   前記第１共振子は
   少なくとも１つの第１磁性体コアブロックを含む第１磁性体コアと、
   前記第１磁性体コアを巻回する第１巻線部と、
   前記第１磁性体コアブロックの一端である第１端と、前記第１巻線部との間のコアブロック部分に突出するように形成された第１突起部と、を備え、
   前記第２共振子は
   少なくとも１つの第２磁性体コアブロックを含む第２磁性体コアと、
   前記第２磁性体コアを巻回する第２巻線部と、
   前記第２磁性体コアブロックの前記第１磁性体コアブロックの第１端と反対側の一端である第２端と、前記第２巻線部との間のコアブロック部分に突出するように形成された第２突起部とを備えた
   無線電力伝送装置。
8. 前記第１巻線部の中央から前記第１磁性体コアブロックの第１端までの距離を第１距離とし、
   前記第２巻線部の中央から、前記第２磁性体コアブロックの第２端までの距離を第２距離としたとき、
   前記第１突起部は、前記第１距離から第２距離の１／２を減じた距離だけ前記第１端から離れた箇所と、前記第１端との間に形成され、
   前記第２突起部は、前記第２距離の１／２だけ前記第２端から離れた箇所と、前記第２端との間に形成され、
   前記１磁性体コアは、前記第２磁性体コアよりも長い
   請求項７に記載の無線電力伝送装置。
9. 前記第１突起部または前記第２突起部は、前記第１磁性体コアブロックまたは前記第２磁性体コアブロックよりも保磁力が大きい磁性体材料により形成された
   請求項７または８に記載の共振子。
10. 前記第１磁性体コアブロックの前記第１端とは別の一端である第３端と、前記第１巻線部との間のコアブロック部分に突出するように形成された第３突起部と、
    前記第２磁性体コアブロックの前記第２端とは別の一端であるである第４端と、前記第２巻線部との間のコアブロック部分に突出するように形成された第４突起部と
    をさらに備えた請求項７ないし９のいずれか一項に記載の無線電力伝送装置。
11. 前記第１巻線部の中央から前記第１磁性体コアブロックの第３端までの距離を第３距離とし、
    前記第２巻線部の中央から前記第２磁性体コアブロックの第４端までの距離を第４距離としたとき、
    前記第３突起部は、前記第３距離から第４距離の１／２だけ減じた距離だけ前記第３端から離れた箇所と、前記第３端との間に形成され、
    前記第４突起部は、前記第４距離の１／２だけ前記第４端から離れた箇所と、前記第４端との間に形成され、
    前記１磁性体コアは、前記第２磁性体コアよりも長い
    請求項１０に記載の無線電力伝送装置。
12. 前記第３突起部または前記第４突起部は、前記第１磁性体コアブロックまたは前記第２磁性体コアブロックよりも保磁力が大きい磁性体材料により形成された、
    請求項１０または１１に記載の無線電力伝送装置。
13. 少なくとも１つの第１磁性体コアブロックを含む第１磁性体コアと、
    前記第１磁性体コアを巻回する第１巻線部と、
    前記第１磁性体コアブロックの一端である第１端と、前記第１巻線部との間のコアブロック部分に突出するように形成された第１突起部と
    前記第１巻線部の中央から前記第１磁性体コアブロックの第１端までの距離を第１距離とし、
    前記第１突起部は、前記第１距離の１／２だけ前記第１端から離れた箇所と、前記第１端との間に形成された、
    共振子。

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