JP2015106939A - 送電コイルユニット及びワイヤレス電力伝送装置 - Google Patents

送電コイルユニット及びワイヤレス電力伝送装置 Download PDF

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Abstract

【課題】送電コイルから離れた場所に形成される不要な漏洩磁界を低減しつつ、電力伝送効率の低下を抑制した送電コイルユニット及びワイヤレス電力伝送装置を提供すること。【解決手段】送電コイルユニットＬｔｕ１は、送電コイルＬｔと、送電コイルＬｔの巻線によって区画される領域の外側に配置される第１及び第２の補助コイルＬｃａ，Ｌｃｂと、を備え、第１及び第２の補助コイルＬｃａ，Ｌｃｂの軸は、送電コイルＬｔの軸と略直交し、送電コイルＬｔと第１及び第２の補助コイルＬｃａ，Ｌｃｂのそれぞれは、コイルユニットの中心から外側に向かうに方向に当該コイルを鎖交する磁束を同時に発生する。【選択図】図４ｂ

Description

本発明は、ワイヤレスにて電力を伝送するための送電コイルユニット及びワイヤレス電力伝送装置に関するものである。
近年、ケーブル等の機械的接触なしで電力を送電するために、相対させた１次（送電）コイルと２次（受電）コイルの間の電磁誘導作用を利用したワイヤレス電力伝送技術が注目されており、高効率、低損失での電力伝送が可能な技術の開発要求が高まってきている。
このとき、送電コイルの漏れ磁束により送電コイル周辺に形成される不要な漏洩磁界が問題視されている。例えば、ワイヤレス電力伝送技術を電気自動車等のパワーエレクトロニクス装置における充電装置へ適応した場合、大電力伝送が要求されることから、送電コイルに大電流を流す必要があるが、この場合、漏れ磁束による不要な漏洩磁界の強度も大きくなるので、周囲の電子機器などに悪影響を与える電磁波障害を引き起こすことが懸念されている。
このような問題を解決するために、例えば特許文献１には、電力伝送用コイルの作る磁束と鎖交するノイズ相殺用コイルによって、電力伝送用コイルの漏れ磁束によるノイズを無くす技術が開示されている。
特開平０９−７４０３４号公報
しかしながら、特許文献１に開示される技術では、電力伝送用コイルの作る磁束がノイズ相殺用コイルに鎖交しているため、本来であれば電力伝送に寄与するはずの磁束までもが相殺されてしまう虞があり、結果として、電力伝送効率が低下してしまうという問題があった。
そこで、本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、送電コイルから離れた場所に形成される不要な漏洩磁界を低減しつつ、電力伝送効率の低下を抑制した送電コイルユニット及びワイヤレス電力伝送装置を提供することを目的とする。
本発明に係る送電コイルユニットは、ワイヤレスにて電力を送電する送電コイルユニットであって、巻線が平面状に巻回される送電コイルと、送電コイルの背面側に配置されるとともに、送電コイルの軸方向から見て、送電コイルの巻線によって区画される領域の外側に配置される少なくとも一対の第１及び第２の補助コイルと、を備え、第１及び第２の補助コイルの軸は、送電コイルの軸と非平行であり、送電コイルと第１及び第２の補助コイルのそれぞれは、コイルユニットの中心から外側に向かうに方向に当該コイルを鎖交する磁束を同時に発生する。
本発明によれば、第１及び第２の補助コイルは、送電コイルの背面側であって、送電コイルの軸方向から見て送電コイルの巻線によって区画される領域の外側に配置され、第１及び第２の補助コイルの軸は、送電コイルの軸と非平行であり、送電コイルと第１及び第２の補助コイルのそれぞれは、コイルユニットの中心から外側に向かうに方向に当該コイルを鎖交する磁束を同時に発生する。そのため、送電コイルから離れた場所においては、送電コイルが発生する磁束の向きと第１及び第２補助コイルが発生する磁束の向きは互いに逆向きとなり、送電コイルの近傍においては、送電コイルが発生する磁束の向きと第１及び第２補助コイルが発生する磁束の向きは互い同じ向きとなる。したがって、送電コイルから離れた場所の磁界強度は低下し、送電コイル近傍の磁界強度は高くなる。その結果、送電コイルから離れた場所に形成される不要な漏洩磁界を低減しつつ、電力伝送効率の低下を抑制することができる。
好ましくは、第１及び第２の補助コイルの軸は、送電コイルの軸に略直交するように構成するとよい。この場合、第１及び第２の補助コイルにより、第１及び第２の補助コイルから離れた場所にまで周回する磁束をより発生させ易くなる。したがって、送電コイルから離れた場所に形成される不要な漏洩磁界を低減する効果がより一層高くなる。
好ましくは、送電コイルと第１及び第２の補助コイルのそれぞれは、磁性コアをさらに備え、第１の補助コイルの磁性コアは、送電コイルの磁性コアに連結され、第２の補助コイルの磁性コアは、送電コイルの磁性コアに連結されるように構成してもよい。この場合、第１及び第２の補助コイルは、送電コイルと受電コイルの間に形成される磁界の一部を強める磁束をより一層発生させ易くなる。すなわち、送電コイルと受電コイルの間では、送電コイルが発生する磁束の向きと補助コイルが発生する磁束の向きがほぼ同じ向きとなる。その結果、電力伝送効率の低下を一層抑制することができる。
より好ましくは、送電コイルの軸方向から見て、第１及び第２の補助コイルは、間に送電コイルを介して配置されるとよい。この場合、第１及び第２の補助コイルが送電コイルの両外側に配置される構成となるので、送電コイルから離れた場所に形成される不要な漏洩磁界をさらに低減できる。
好ましくは、第１及び第２の補助コイルを複数対備え、それぞれの対をなす第１の補助コイルと第２の補助コイルの中心同士を結ぶ仮想線は、互いに非平行であるとよい。この場合、送電コイルから離れた場所の磁界を低減できる領域が拡大するため、送電コイルから離れた場所に形成される不要な漏洩磁界を低減する効果がより一層高くなる。
本発明に係るワイヤレス電力伝送装置は、上記送電コイルユニットと、受電コイルを備える。本発明によれば、送電コイルから離れた場所に形成される不要な漏洩磁界を低減しつつ、電力伝送効率の低下を抑制したワイヤレス電力伝送装置を提供することができる。
本発明によれば、送電コイルから離れた場所に形成される不要な漏洩磁界を低減しつつ、電力伝送効率の低下を抑制した送電コイルユニット及びワイヤレス電力伝送装置を提供することができる。
本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置を負荷とともに示すシステム構成図である。 本発明の第１実施形態に係る送電コイルユニットの分解斜視図である。 図２におけるＩ−Ｉ線に沿う送電コイルユニットを受電コイルとともに示す模式断面図である。 図３において、送電コイルが発生する磁束を模式的に示した図である。 図３において、送電コイルと第１及び第２の補助コイルが発生する磁束を模式的に示した図である。 本発明の第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置を負荷とともに示すシステム構成図である。 図３に示した第１実施形態に係る送電コイルユニットの図２におけるＩ−Ｉ線に沿う模式断面図に相当する、本発明の第２実施形態に係る送電コイルユニットを第１及び第２の受電コイルとともに示す模式断面図である。 図６において、送電コイルが発生する磁束を模式的に示した図である。 図６において、送電コイルと第１及び第２の補助コイルが発生する磁束を模式的に示した図である。 本発明の第３実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置を負荷とともに示すシステム構成図である。 本発明の第３実施形態に係る送電コイルユニットの分解斜視図である。 図９におけるＩＩ−ＩＩ線に沿う送電コイルユニットを受電コイルとともに示す模式断面図である。 図９におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う送電コイルユニットを受電コイルとともに示す模式断面図である。 図１０ａにおいて、送電コイルと第１及び第２の補助コイルが発生する磁束を模式的に示した図である。 図１０ｂにおいて、送電コイルと第１及び第２の補助コイルが発生する磁束を模式的に示した図である。 比較例１の送電コイルユニットを受電コイルとともに示す断面図である。 比較例２の送電コイルユニットを受電コイルとともに示す断面図である。 本発明に係る実施例１と比較例１，２の電力伝送効率及び漏洩磁界強度の測定結果である。
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又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。
（第１実施形態）
まず、図１〜３を参照して、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１の構成について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置を負荷とともに示すシステム構成図である。図２は、本発明の第１実施形態に係る送電コイルユニットの分解斜視図である。図３は、図２におけるＩ−Ｉ線に沿う送電コイルユニットを受電コイルとともに示す模式断面図である。
ワイヤレス電力伝送装置Ｓ１は、図１に示されるように、ワイヤレス送電装置Ｕｔ１と、ワイヤレス受電装置Ｕｒと、を有する。ワイヤレス送電装置Ｕｔ１は、電源ＰＷと、インバータＩＮＶと、送電コイルユニットＬｔｕ１と、を有する。また、ワイヤレス受電装置Ｕｒは、受電コイルＬｒと、整流回路ＤＢと、を有する。
電源ＰＷは、直流電力を後述するインバータＩＮＶに供給する。電源ＰＷ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。
インバータＩＮＶは、電源ＰＷから供給される入力直流電力を交流電力に変換する機能を有している。本実施形態では、インバータＩＮＶは、電源ＰＷから供給される入力直流電力を交流電力に変換し、後述する送電コイルユニットＬｔｕ１に供給する。インバータＩＮＶとしては、複数のスイッチング素子がブリッジ接続されたスイッチング回路から構成される。このスイッチング回路を構成するスイッチング素子としては、例えばＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ−Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＩＢＧＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの素子が挙げられる。
送電コイルユニットＬｔｕ１は、送電コイルＬｔと、第１の補助コイルＬｃａと、第２の補助コイルＬｃｂと、磁性体Ｆ１と、を有する。本実施形態においては、送電コイルＬｔａと、第１及び第２の補助コイルＬｃａ，Ｌｃｂの３つのコイルは、図１に示すように、電気的に直列接続されている。なお、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置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、送電コイルユニットＬｔｕ１は、地中または地面近傍に配設されることとなる。
続いて、送電コイルユニットＬｔｕ１が有する各コイルについて説明する。送電コイルＬｔは、磁性コアＣｔと巻線Ｗｔを備えている。送電コイルＬｔは、略方形を呈した平面状のスパイラル構造のコイルであり、板状または棒状の磁性コアＣｔに銅やアルミニウム等のリッツ線から構成される巻線Ｗｔを巻回して形成されている。送電コイルＬｔの軸方向は、送電コイルＬｔと後述する受電コイルＬｒとの対向方向に対して平行となっている。送電コイルＬｔの巻数は、後述する受電コイルＬｒとの間の離間距離や所望の電力伝送効率などに基づいて適宜設定される。
第１の補助コイルＬｃａは、磁性コアＣｃａと巻線Ｗｃａを備えている。第１の補助コイルＬｃａは、巻線が螺旋状に巻回されるソレノイドコイルであり、板状または棒状の磁性コアＣｃａに銅やアルミニウム等のリッツ線から構成される巻線Ｗｃａを巻回して形成されている。この第１の補助コイルＬｃａの軸方向は、送電コイルＬｔの軸方向に対して非平行となっている。このような構成により、第１の補助コイルＬｃａが発生するは、後述する受電コイルＬｒに鎖交することなく、第１の補助コイルＬｃａから離れた場所にまで周回し易くなる。本実施形態においては、第１の補助コイルＬｃａの軸方向は、送電コイルＬｔの軸方向に対して直交している。この場合、第１の補助コイルＬｃａにより、第１の補助コイルＬｃａから離れた場所にまで周回する磁束をより発生させ易くなる。
また、第１の補助コイルＬｃａは、送電コイルＬｔの背面側に配置される。すなわち、第１の補助コイルＬｃａは、送電コイルＬｔの後述する受電コイルＬｒ対向する側とは反対側に配置されている。このような配置とすることにより、第１の補助コイルＬｃａによって、送電コイルＬｔと後述する受電コイルＬｒの間に生じる磁界の一部を強める磁束を発生させ易くなる。その結果、電力伝送効率の低下をさらに抑制することができる。
またさらには、第１の補助コイルＬｃａは、送電コイルＬｔが送電コイルユニットＬｔｕ１の中心から外側に向かう方向に送電コイルＬｔを鎖交する磁束を発生するとき、送電コイルユニットＬｔｕ１の中心から外側に向かう方向に第１の補助コイルＬｃａを鎖交する磁束を発生する。具体的には、図３において、送電コイルＬｔが発生する磁束が、送電コイルＬｔを、送電コイルＬｔから後述する受電コイルＬｒに向かう方向（図示上向き）に鎖交するとき、第１の補助コイルＬｃａが発生する磁束は、第１の補助コイルＬｃａを、送電コイルＬｔから第１の補助コイルＬｃａに向かう方向（図示左向き）に鎖交すればよい。このような磁束を発生させるには、図３において、第１の補助コイルＬｃａの巻線Ｗｃａが、送電コイルＬｔの巻線Ｗｔと最も近接する部分（図示第１の補助コイルＬｃａの巻線Ｗｃａの上面部分）を通過する電流の向きが、送電コイルＬｔの巻線Ｗｔが第１の補助コイルＬｃａの巻線Ｗｔａと近接する部分（図示送電コイルＬｔの巻線Ｗｔの左側部分）を通過する電流の向きと逆向きとなるように、第１の補助コイルＬｃａの巻線Ｗｃが磁路コアＣｃ４ａに巻回されればよい。なお、本実施形態においては、送電コイルＬｔと第１の補助コイルＬｃａは電気的に直列に接続されているので、上記のような送電コイルＬｔと第１の補助コイルＬｃａの構成により、送電コイルＬｔが送電コイルユニットＬｔｕ１の外側から中心に向かう方向に送電コイルＬｔを鎖交する磁束を発生するとき、第１の補助コイルＬｃａも送電コイルユニットＬｔｕ１の外側から中心に向かう方向に第１の補助コイルＬｃａを鎖交する磁束を発生することとなる。
第２の補助コイルＬｃｂは、磁性コアＣｃｂと巻線Ｗｃｂを備えている。第２の補助コイルＬｃｂは、巻線が螺旋状に巻回されるソレノイドコイルであり、板状または棒状の磁性コアＣｃｂに銅やアルミニウム等のリッツ線から構成される巻線Ｗｃｂを巻回して形成されている。この第２の補助コイルＬｃｂの軸方向は、送電コイルＬｔの軸方向に対して非平行となっている。このような構成により、第２の補助コイルＬｃｂが発生するは、後述する受電コイルＬｒに鎖交することなく、第２の補助コイルＬｃｂから離れた場所にまで周回し易くなる。本実施形態においては、第２の補助コイルＬｃｂの軸方向は、送電コイルＬｔの軸方向に対して直交している。この場合、第２の補助コイルＬｃｂにより、第２の補助コイルＬｃｂから離れた場所にまで周回する磁束をより発生させ易くなる。
また、第２の補助コイルＬｃｂは、送電コイルＬｔの背面側に配置される。すなわち、第２の補助コイルＬｃｂは、送電コイルＬｔの後述する受電コイルＬｒと対向する側とは反対側に配置されている。このような配置とすることにより、第２の補助コイルＬｃｂによって、送電コイルＬｔと後述する受電コイルＬｒの間に生じる磁界の一部を強める磁束を発生させ易くなる。その結果、電力伝送効率の低下をさらに抑制することができる。
またさらには、第２の補助コイルＬｃｂは、送電コイルＬｔが送電コイルユニットＬｔｕ１の中心から外側に向かう方向に送電コイルＬｔを鎖交する磁束を発生するとき、送電コイルユニットＬｔｕ１の中心から外側に向かう方向に第２の補助コイルＬｃｂを鎖交する磁束を発生する。具体的には、図３において、送電コイルＬｔが発生する磁束が、送電コイルＬｔを、送電コイルＬｔから後述する受電コイルＬｒに向かう方向（図示上向き）に鎖交するとき、第２の補助コイルＬｃｂが発生する磁束は、第２の補助コイルＬｃｂを、送電コイルＬｔから第２の補助コイルＬｃｂ向かう方向（図示右向き）に鎖交すればよい。このような磁束を発生させるには、図３において、第２の補助コイルＬｃｂの巻線Ｗｃｂが、送電コイルＬｔの巻線Ｗｔと最も近接する部分（図示第２の補助コイルＬｃｂの巻線Ｗｃｂの上面部分）を通過する電流の向きが、送電コイルＬｔの巻線Ｗｔが第２の補助コイルＬｃｂの巻線Ｗｔｂと近接する部分（図示送電コイルＬｔの巻線Ｗｔの右側部分）を通過する電流の向きと同じ向きとなるように、第２の補助コイルＬｃｂの巻線Ｗｃｂが磁路コアＣｃｂに巻回されればよい。なお、本実施形態においては、送電コイルＬｔと第２の補助コイルＬｃｂは電気的に直列に接続されているので、上記のような送電コイルＬｔと第２の補助コイルＬｃｂの構成により、送電コイルＬｔが送電コイルユニットＬｔｕ１の外側から中心に向かう方向に送電コイルＬｔを鎖交する磁束を発生するとき、第２の補助コイルＬｃｂも送電コイルユニットＬｔｕ１の外側から中心に向かう方向に第１の補助コイルＬｃａを鎖交する磁束を発生することとなる。
磁性体Ｆ１は、送電コイルＬｔの後述する受電コイルＬｒと対向する側とは反対側の面に沿って延びている。本実施形態においては、磁性体Ｆ１を送電コイルＬｔの軸方向から見たとき、磁性体Ｆ１の形状は長方形であり、長辺の長さは送電コイルＬｔより長く、短辺の長さは送電コイルＬｔより短い。磁性体Ｆ１の後述する受電コイルＬｒと対向する側の面の中央付近で、磁性体Ｆ１と送電コイルＬｔの磁性コアＣｔが接続されている。また、磁性体Ｆ１の後述する受電コイルＬｒと対向する側とは反対側の面であって、長方形の長辺方向の両端付近で、磁性体Ｆ１はそれぞれ第１の補助コイルＬｃａの磁性コアＣｃａと第２の補助コイルＬｃｂの磁性コアＣｃｂに接続されている。すなわち、第１の補助コイルＬｃａの磁性コアＣｃａは送電コイルＬｔの磁性コアＣｔに連結され、第２の補助コイルＬｃｂの磁性コアＣｃｂは、送電コイルＬｔの磁性コアＣｔに連結されることとなる。このような構成により、送電コイルＬｔの軸方向から見て、第１及び第２の補助コイルＬｃａ、Ｌｃｂは、間に送電コイルＬｔを介して配置されることとなる。この場合、第１及び第２の補助コイルＬｃａ、Ｌｃｂが送電コイルＬｔの両外側に配置される構成となるので、送電コイルＬｔから離れた場所に形成される不要な漏洩磁界をさらに低減できる。
受電コイルＬｒは、図３に示されるように、磁性コアＣｒと巻線Ｗｒを備えている。受電コイルＬｒは、略方形を呈した平面状のスパイラル構造のコイルであり、板状または棒状の磁性コアＣｒに巻線Ｗｒを巻回して形成されている。受電コイルＬｒは、送電コイルユニットＬｔｕ１の送電コイルＬｔから送電された交流電力を受電する機能を有する。なお、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置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Ｌｒは、車両下部に搭載されることとなる。
整流回路ＤＢは、受電コイルＬｒが受電した交流電力を直流電力に整流する機能を有している。整流回路ＤＢとしては、ダイオードブリッジを用いた全波整流機能と、コンデンサおよび三端子レギュレータを用いた電力平滑化機能を備えた変換回路などが挙げられる。この整流回路ＤＢにより整流された直流電力は、負荷Ｒに出力される。ここで、負荷Ｒとしては、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置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、車両が有する二次電池や回転機が挙げられる。なお、負荷Ｒが交流回転機の場合、ワイヤレス受電装置Ｕｒの整流回路ＤＢと負荷Ｒとの間にインバータ（図示しない）を付加して交流回転機に交流電力を供給するように構成する必要がある。
続いて、図４を参照して、本実施形態における送電コイルが発生する磁束と補助コイルが発生する磁束の相対的な関係と不要な漏洩磁界の低減作用について詳細に説明する。図４ａは、図３において、送電コイルが発生する磁束を模式的に示した図である。図４ｂは、図３において、送電コイルと第１及び第２の補助コイルが発生する磁束を模式的に示した図である。ここで、図４ａ中、送電コイルＬｔが発生する磁束のうち、体表的なものとして磁束Ｂｔａ〜Ｂｔｄを示している。また、図４ｂ中、送電コイルＬｔが発生する磁束のうち、体表的なものとして磁束Ｂｔａ〜Ｂｔｄを示し、第１及び第２の補助コイルＬｃａ，Ｌｃｂが発生する磁束のうち、代表的なものとして磁束Ｂｃａ，Ｂｃｂを模式的に示している。ただし、これらの磁束は、それぞれの磁束の向きのみを模式的に示したものであって、磁束密度を示すものではない。なお、図４ａ及び図４ｂでは、送電コイルＬｔ磁性コアＣｔと、第１及び第２の補助コイルＬｃａ，Ｌｃｂの磁性コアＣｃａ，Ｃｃｂと、磁性体Ｆ１と、受電コイルＬｒの磁性コアＣｒの中における磁束の図示は省略している。
まず、図４ａを参照して、送電コイルＬｔが発生する磁束について説明する。送電コイルＬｔは、図４ａに示されるように、送電コイルＬｔの中心部から、受電コイルＬｒへ向かう方向（図示上向き）に鎖交する磁束Ｂｔａ〜Ｂｔｄを発生している。なお、送電コイルＬｔが発生する磁束Ｂｔａ〜Ｂｔｄは、受電コイルＬｒにも鎖交しており、磁束Ｂｔａ〜Ｂｔｄが受電コイルＬｒに鎖交することで、受電コイルＬｒの巻線Ｗｒに起電力が生じる。そして、受電コイルＬｒに生じた電力は、整流回路ＤＢによって整流され、負荷Ｒに出力される。
続いて、図４ｂを参照して、第１及び第２の補助コイルＬｃａ，Ｌｃｂが発生する磁束について説明する。なお、図４ｂ中の送電コイルＬｔが発生する磁束Ｂｔａ〜Ｂｔｄは図４ａに示したとおりである。第１の補助コイルＬｃａは、図４ｂに示されるように、第１の補助コイルＬｃａを、送電コイルＬｔから、第１の補助コイルＬｃａに向かう方向（図示左向き）に鎖交し、かつ、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒに鎖交せず、受電コイルＬｒから第１の補助コイルＬｃａに向かう方向（図示下向き）に周回する磁束Ｂｃａを発生している。具体的には、第１の補助コイルＬｃａの軸方向が送電コイルＬｔの軸方向に対して非平行となっていることから、第１の補助コイルＬｃａが発生する磁束Ｂｃａは、受電コイルＬｒに鎖交することなく、第１の補助コイルＬｃａから離れた場所を周回することとなる。特に、本実施形態においては、第１の補助コイルＬｃａの軸方向が送電コイルＬｔの軸方向と直交していることから、第１の補助コイルＬｃａが発生する磁束Ｂｃａは、第１の補助コイルＬｃａから離れた場所にまで大きく周回している。
同様に、第２の補助コイルＬｃｂは、図４ｂに示されるように、第２の補助コイルＬｃｂを、送電コイルＬｔから第２の補助コイルＬｃｂに向かう方向（図示右向き）に鎖交し、かつ、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒに鎖交せず、受電コイルＬｒから第２の補助コイルＬｃｂに向かう方向（図示下向き）に周回する磁束Ｂｃｂを発生している。具体的には、第２の補助コイルＬｃｂの軸方向が送電コイルＬｔの軸方向に対して非平行となっていることから、第２の補助コイルＬｃｂが発生する磁束Ｂｃｂは、受電コイルＬｒに鎖交することなく、第２の補助コイルＬｃｂから離れた場所を周回することとなる。特に、本実施形態においては、第２の補助コイルＬｃｂの軸方向が送電コイルＬｔの軸方向と直交していることから、第２の補助コイルＬｃｂが発生する磁束Ｂｃｂは、第２の補助コイルＬｃｂから離れた場所にまで大きく周回している。
次に、本実施形態における不要な漏洩磁界の低減作用について説明する。上述した送電コイルＬｔが発生する磁束Ｂｔａ〜Ｂｔｄのうち、磁束Ｂｔａ，Ｂｔｂは比較的送電コイルＬｔの近傍を周回する磁束であり、磁束Ｂｔｃ，Ｂｔｄは送電コイルＬｔから離れた場所にまで大きく周回する磁束である。すなわち、磁束Ｂｔｃ，Ｂｔｄによって、送電コイルＬｔ離れた場所に漏洩磁界が形成される。なお、送電コイルＬｔから離れた場所にまで大きく周回する磁束Ｂｔｃ，Ｂｔｄは、送電コイルＬｔの近傍を周回する磁束Ｂｔａ，Ｂｔｂと比べれば、比較的磁束の密度は非常に低い。しかし、大電力伝送のためにコイルに大電流を流した場合には、磁束Ｂｔａ，Ｂｔｂにより送電コイルＬｔから離れた場所に形成される漏洩磁界が電磁波障害を引き起こす虞のある強度となってしまうことが問題であった。そこで、送電コイルＬｔから離れた場所における、送電コイルＬｔが発生する磁束Ｂｔｃと第１の補助コイルＬｃａが発生する磁束Ｂｃａの向きを比較すると、磁束Ｂｔｃと磁束Ｂｃａは互いに逆向きとなっている。また、同様に送電コイルＬｔから離れた場所における、送電コイルＬｔが発生する磁束Ｂｔｄと第２の補助コイルＬｃｂが発生する磁束Ｂｃｂの向きを比較すると、磁束Ｂｔｄと磁束Ｂｃｂは互いに逆向きとなっている。すなわち、送電コイルＬｔから離れた場所においては、送電コイルが発生する磁束Ｂｔｃ，Ｂｔｄと第１及び第２の補助コイルＬｃａ，Ｌｃｂが発生する磁束Ｂｃａ，Ｂｃｂが互いに打消し合う。その結果、不要な漏洩磁界が低減される。
一方で、送電コイルＬｔと受電コイルＬｒの間付近においては、送電コイルＬｔが発生する磁束Ｂｔａの向きと第１の補助コイルＬｃａが発生する磁束Ｂｃａの向きは同じ向きである。つまり、第１の補助コイルＬｃａが発生する磁界は、送電コイルＬｔと受電コイルＬｒａとの間に生じる磁界の一部を強めている。このように、送電コイルＬｔと受電コイルＬｒとの間では、送電コイルＬｔが発生する磁束Ｂｔａの向きと第１の補助コイルＬｃａが発生する磁束Ｂｃａの向きがほぼ同じ向きとなる。したがって、送電コイルＬｔと受電コイルＬｒを共に鎖交する電力伝送に寄与する磁束Ｂｔａは、第１の補助コイルＬｃａが発生する磁束Ｂｃａによって相殺されない。その結果、電力伝送効率の低下を抑制することができる。同様に、送電コイルＬｔが発生する磁束Ｂｔｂの向きと第２の補助コイルＬｃｂが発生する磁束Ｂｃｂの向きは同じ向きである。つまり、第２の補助コイルＬｃｂが発生する磁界は、送電コイルＬｔと受電コイルＬｒとの間に生じる磁界の一部を強めている。このように、送電コイルＬｔと受電コイルＬｒとの間では、送電コイルＬｔが発生する磁束Ｂｔｂの向きと第２の補助コイルＬｃｂが発生する磁束Ｂｃｂの向きがほぼ同じ向きとなる。したがって、送電コイルＬｔと受電コイルＬｒを共に鎖交する電力伝送に寄与する磁束Ｂｔｂは、第２の補助コイルＬｃｂが発生する磁束Ｂｃｂによって相殺されない。その結果、電力伝送効率の低下を抑制することができる。なお、上述のとおり、送電コイルＬｔと受電コイルＬｒを共に鎖交する磁束Ｂｔａ〜Ｂｔｄのうち、送電コイルから離れた場所にまで周回する磁束Ｂｔａ，Ｂｔｂは、第１及び第２の補助コイルＬｃａ，Ｌｃｂが発生する磁束Ｂｃａ，Ｂｃｂによって相殺されるが、送電コイルＬｔから離れた場所にまで大きく周回する磁束Ｂｔｃ，Ｂｔｄは、送電コイルＬｔの近傍を周回する磁束Ｂｔａ、Ｂｔｂと比べれば、比較的磁束の密度は非常に低い。したがって、送電コイルＬｔから離れた場所にまで大きく周回する磁束Ｂｔｃ，Ｂｔｄが相殺されたことによる電力伝送効率の低下は僅かである。
以上のように、本実施形態に係る送電コイルユニットＬｔｕ１においては、第１及び第２の補助コイルＬｃａ，Ｌｃｂは、送電コイルＬｔの背面側であって、送電コイルＬｔの軸方向から見て送電コイルＬｔの巻線Ｗｔによって区画される領域の外側に配置され、第１及び第２の補助コイルＬｃａ，Ｌｃｂの軸は、送電コイルＬｔの軸と非平行であり、送電コイルＬｔと第１及び第２の補助コイルＬｃａ，Ｌｃｂのそれぞれは、コイルユニットの中心から外側に向かうに方向に当該コイルを鎖交する磁束を同時に発生する。そのため、送電コイルＬｔから離れた場所においては、送電コイルＬｔが発生する磁束Ｂｔｃ，Ｂｔｄの向きと第１及び第２補助コイルＬｃａ，Ｌｃｂが発生する磁束Ｂｃａ，Ｂｃｂの向きは互いに逆向きとなり、送電コイルＬｔの近傍においては、送電コイルＬｔが発生する磁束Ｂｔａ，Ｂｔｂの向きと第１及び第２補助コイルＬｃａ，Ｌｃｂが発生する磁束Ｂｃａ，Ｂｃｂの向きは互い同じ向きとなる。したがって、送電コイルＬｔから離れた場所の磁界強度は低下し、送電コイルＬｔ近傍の磁界強度は高くなる。その結果、送電コイルＬｔから離れた場所に形成される不要な漏洩磁界を低減しつつ、電力伝送効率の低下を抑制することができる。
（第２実施形態）
次に、図５及び図６を参照して、本発明の第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ２の構成について説明する。図５は、本発明の第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置を負荷とともに示すシステム構成図である。図６は、図３に示した第１実施形態に係る送電コイルユニットの図２におけるＩ−Ｉ線に沿う模式断面図に相当する、本発明の第２実施形態に係る送電コイルユニットを第１及び第２の受電コイルとともに示す模式断面図である。
ワイヤレス電力伝送装置Ｓ２は、図５に示されるように、ワイヤレス送電装置Ｕｔ１と、ワイヤレス受電装置Ｕｒ２と、を有する。ワイヤレス送電装置Ｕｔ１は、電源ＰＷと、インバータＩＮＶと、送電コイルユニットＬｔｕ１と、を有する。また、ワイヤレス受電装置Ｕｒ２は、第１及び第２の受電コイルＬｒａ，Ｌｒｂと、整流回路ＤＢと、を有する。電源ＰＷと、インバータＩＮＶと、送電コイルユニットＬｔｕ１と、整流回路ＤＢの構成は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１と同様である。本実施形態では、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１の受電コイルＬｒに代えて、第１及び第２の受電コイルＬｒａ，Ｌｒｂを備えている点において、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１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。
第１の受電コイルＬｒａは、図６に示されるように、螺旋状に巻回されるソレノイドコイルであり、板状または棒状の磁性コアＣｒａに巻線Ｗｒａを巻回して形成されている。
第２の受電コイルＬｒｂは、図６に示されるように、螺旋状に巻回されるソレノイドコイルであり、板状または棒状の磁性コアＣｒｂに巻線Ｗｒｂを巻回して形成されている。
第１及び第２の受電コイルＬｒａ，Ｌｒｂは、同一平面上に並置されており、図５に示されるように、電気的に直列接続されている。また、第１の受電コイルＬｒａの軸と第２の受電コイルＬｒｂの軸は一致している。またさらには、第１の受電コイルＬｒａの巻線Ｗｒａと第２の受電コイルＬｒｂの巻線Ｗｒｂの巻回方向は、互いに逆向きとなっている。
続いて、図７を参照して、本実施形態における送電コイルが発生する磁束と補助コイルが発生する磁束の相対的な関係と不要な漏洩磁界の低減作用について詳細に説明する。図７ａは、図６において、送電コイルが発生する磁束を模式的に示した図である。図７ｂは、図６において、送電コイルと第１及び第２の補助コイルが発生する磁束を模式的に示した図である。ここで、図７ａ中、送電コイルＬｔが発生する磁束のうち、体表的なものとして磁束Ｂｔａ２〜Ｂｔｄ２を示している。また、図７ｂ中、送電コイルＬｔが発生する磁束のうち、体表的なものとして磁束Ｂｔａ２〜Ｂｔｄ２を示し、第１及び第２の補助コイルＬｃａ，Ｌｃｂが発生する磁束のうち、代表的なものとして磁束Ｂｃａ，Ｂｃｂを模式的に示している。ただし、これらの磁束は、それぞれの磁束の向きのみを模式的に示したものであって、磁束密度を示すものではない。なお、図７ａ及び図７ｂでは、送電コイルＬｔ磁性コアＣｔと、第１及び第２の補助コイルＬｃａ，Ｌｃｂの磁性コアＣｃａ，Ｃｃｂと、磁性体Ｆ１と、第１及び第２の受電コイルＬｒａ，Ｌｔｂの磁性コアＣｒａ，Ｃｒｂの中における磁束の図示は省略している。
まず、図７ａを参照して、送電コイルＬｔが発生する磁束について説明する。送電コイルＬｔは、図７ａに示されるように、送電コイルＬｔの中心部から、第１及び第２の受電コイルＬｒａ，Ｌｒｂへ向かう方向（図示上向き）に鎖交する磁束Ｂｔａ２〜Ｂｔｄ２を発生している。本例においては、送電コイルＬｔが発生する磁束Ｂｔａ２〜Ｂｔｄ２は、第１の受電コイルＬｒａに鎖交し、電力伝送に寄与する磁束Ｂｔａ２と、第２の受電コイルＬｒｂに鎖交し、電力伝送に寄与する磁束Ｂｔｂ２と、第１及び第２の受電コイルＬｒａ，Ｌｒｂに鎖交することなく、送電コイルＬｔから離れた場所を周回する磁束Ｂｔｃ２，Ｂｔｄ２があり、磁束Ｂｔａ２が第１の受電コイルＬｒａに鎖交し、磁束Ｂｔｂ２が第２の受電コイルＬｒｂに鎖交することで、第１及び第２の受電コイルＬｒａ，Ｌｒｂの巻線Ｗｒａ，Ｗｒｂに起電力が生じる。そして、第１及び第２の受電コイルＬｒａ，Ｌｒｂに生じた電力は、整流回路ＤＢによって整流され、負荷Ｒに出力される。
続いて、図７ｂを参照して、第１及び第２の補助コイルＬｃａ，Ｌｃｂが発生する磁束について説明する。なお、図７ｂ中の送電コイルＬｔが発生する磁束Ｂｔａ２〜Ｂｔｄ２は図７ａに示したとおりである。第１の補助コイルＬｃａは、図７ｂに示されるように、第１の補助コイルＬｃａを、送電コイルＬｔから第１の補助コイルＬｃａに向かう方向（図示左向き）に鎖交し、且つ、送電コイルＬｔと第１及び第２の受電コイルＬｒａ，Ｌｒｂに鎖交せず、第１の受電コイルＬｒａから第１の補助コイルＬｃａに向かう方向（図示下向き）に周回する磁束Ｂｃａを発生している。具体的には、第１の補助コイルＬｃａの軸方向が送電コイルＬｔの軸方向に対して非平行となっていることから、第１の補助コイルＬｃａが発生する磁束Ｂｃａは、第１及び第２の受電コイルＬｒａ，Ｌｒｂに鎖交することなく、第１の補助コイルＬｃａから離れた場所を周回することとなる。特に、本実施形態においては、第１の補助コイルＬｃａの軸方向が送電コイルＬｔの軸方向と直交していることから、第１の補助コイルＬｃａが発生する磁束Ｂｃａは、第１の補助コイルＬｃａから離れた場所にまで大きく周回している。
同様に、第２の補助コイルＬｃｂは、図７ｂに示されるように、第２の補助コイルＬｃｂを、送電コイルＬｔから第２の補助コイルＬｃｂに向かう方向（図示右向き）に鎖交し、かつ、送電コイルＬｔと第１及び第２の受電コイルＬｒａ，Ｌｒｂに鎖交せず、第２の受電コイルＬｒｂから第２の補助コイルＬｃｂに向かう方向（図示下向き）に周回する磁束Ｂｃｂを発生している。具体的には、第２の補助コイルＬｃｂの軸方向が送電コイルＬｔの軸方向に対して非平行となっていることから、第２の補助コイルＬｃｂが発生する磁束Ｂｃｂは、第１及び第２の受電コイルＬｒａ，Ｌｒｂに鎖交することなく、第２の補助コイルＬｃｂから離れた場所を周回することとなる。特に、本実施形態においては、第２の補助コイルＬｃｂの軸方向が送電コイルＬｔの軸方向と直交していることから、第２の補助コイルＬｃｂが発生する磁束Ｂｃｂは、第２の補助コイルＬｃｂから離れた場所にまで大きく周回している。
次に、本実施形態における不要な漏洩磁界の低減作用について説明する。上述した送電コイルＬｔが発生する磁束Ｂｔａ２〜Ｂｔｄ２のうち、磁束Ｂｔｃ２，Ｂｔｄ２は送電コイルＬｔから離れた場所にまで大きく周回する磁束である。すなわち、磁束Ｂｔｃ２，Ｂｔｄ２によって、送電コイルＬｔ離れた場所に漏洩磁界が形成される。なお、送電コイルＬｔから離れた場所にまで大きく周回する磁束Ｂｔｃ２，Ｂｔｄ２は、送電コイルＬｔの近傍を周回する磁束Ｂｔａ２，Ｂｔｂ２と比べれば、比較的磁束の密度は非常に低い。しかし、大電力伝送のためにコイルに大電流を流した場合には、磁束Ｂｔｃ２，Ｂｔｄ２により送電コイルＬｔから離れた場所に形成される漏洩磁界が電磁波障害を引き起こす虞のある強度となってしまうことが問題であった。そこで、送電コイルＬｔから離れた場所における送電コイルＬｔが発生する磁束Ｂｔｃ２と第１の補助コイルＬｃａが発生する磁束Ｂｃａの向きを比較すると、磁束Ｂｔｃ２と磁束Ｂｃａは互いに逆向きとなっている。また、同様に送電コイルＬｔから離れた場所における送電コイルＬｔが発生する磁束Ｂｔｄ２と第２の補助コイルＬｃｂが発生する磁束Ｂｃｂの向きを比較すると、磁束Ｂｔｄ２と磁束Ｂｃｂは互いに逆向きとなっている。すなわち、送電コイルＬｔから離れた場所においては、送電コイルＬｔが発生する磁束Ｂｔｃ２，Ｂｔｄ２と第１及び第２の補助コイルＬｃａ，Ｌｃｂが発生する磁束Ｂｃａ，Ｂｃｂが互いに打消し合う。その結果、不要な漏洩磁界が低減される。
一方で、送電コイルＬｔと第１及び第２の受電コイルＬｒａ，Ｌｒｂの間付近においては、送電コイルＬｔが発生する磁束Ｂｔａ２の向きと第１の補助コイルＬｃａが発生する磁束Ｂｃａの向きは同じ向きである。つまり、第１の補助コイルＬｃａが発生する磁界は、送電コイルＬｔと第１及び第２の受電コイルＬｒａ，Ｌｒｂとの間に生じる磁界の一部を強めている。このように、送電コイルＬｔと第１及び第２の受電コイルＬｒａ，Ｌｒｂとの間では、送電コイルＬｔが発生する磁束Ｂｔａ２の向きと第１の補助コイルＬｃａが発生する磁束Ｂｃａの向きがほぼ同じ向きとなる。したがって、送電コイルＬｔと第１及び第２の受電コイルＬｒａ，Ｌｒｂを共に鎖交する電力伝送に寄与する磁束Ｂｔａ２は、第１の補助コイルＬｃａが発生する磁束Ｂｃａによって相殺されない。その結果、電力伝送効率の低下を抑制することができる。同様に、送電コイルＬｔが発生する磁束Ｂｔｂ２の向きと第２の補助コイルＬｃｂが発生する磁束Ｂｃｂの向きは同じ向きである。つまり、第２の補助コイルＬｃｂが発生する磁界は、送電コイルＬｔと第１及び第２の受電コイルＬｒａ，Ｌｒｂとの間に生じる磁界の一部を強めている。このように、送電コイルＬｔと第１及び第２の受電コイルＬｒａ，Ｌｒｂとの間では、送電コイルＬｔが発生する磁束Ｂｔｂ２の向きと第２の補助コイルＬｃｂが発生する磁束Ｂｃｂの向きがほぼ同じ向きとなる。したがって、送電コイルＬｔと第１及び第２の受電コイルＬｒａ，Ｌｒｂを共に鎖交する電力伝送に寄与する磁束Ｂｔｂ２は、第２の補助コイルＬｃｂが発生する磁束Ｂｃｂによって相殺されない。その結果、電力伝送効率の低下を抑制することができる。
以上のように、本実施形態に係る送電コイルユニットＬｔｕ１においては、第１及び第２の補助コイルＬｃａ，Ｌｃｂは、送電コイルＬｔの背面側であって、送電コイルＬｔの軸方向から見て送電コイルＬｔの巻線Ｗｔによって区画される領域の外側に配置され、第１及び第２の補助コイルＬｃａ，Ｌｃｂの軸は、送電コイルＬｔの軸と非平行であり、送電コイルＬｔと第１及び第２の補助コイルＬｃａ，Ｌｃｂのそれぞれは、コイルユニットの中心から外側に向かうに方向に当該コイルを鎖交する磁束を同時に発生する。そのため、送電コイルＬｔから離れた場所においては、送電コイルＬｔが発生する磁束Ｂｔｃ２，Ｂｔｄ２の向きと第１及び第２補助コイルＬｃａ，Ｌｃｂが発生する磁束Ｂｃａ，Ｂｃｂの向きは互いに逆向きとなり、送電コイルＬｔの近傍においては、送電コイルＬｔが発生する磁束Ｂｔａ２，Ｂｔｂ２の向きと第１及び第２補助コイルＬｃａ，Ｌｃｂが発生する磁束Ｂｃａ，Ｂｃｂの向きは互い同じ向きとなる。したがって、送電コイルＬｔから離れた場所の磁界強度は低下し、送電コイルＬｔ近傍の磁界強度は高くなる。その結果、送電コイルＬｔから離れた場所に形成される不要な漏洩磁界を低減しつつ、電力伝送効率の低下を抑制することができる。
（第３実施形態）
次に、図８〜１０を参照して、本発明の第３実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ３の構成について説明する。図８は、本発明の第３実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置を負荷とともに示すシステム構成図である。図９は、本発明の第３実施形態に係る送電コイルユニットの分解斜視図である。図１０ａは、図９におけるＩＩ−ＩＩ線に沿う送電コイルユニットを受電コイルとともに示す模式断面図である。図１０ｂは、図９におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う送電コイルユニットを受電コイルとともに示す模式断面図である。
ワイヤレス電力伝送装置Ｓ３は、図８に示されるように、ワイヤレス送電装置Ｕｔ２と、ワイヤレス受電装置Ｕｒと、を有する。ワイヤレス送電装置Ｕｔ２は、電源ＰＷと、インバータＩＮＶと、送電コイルユニットＬｔｕ２と、を有する。また、ワイヤレス受電装置Ｕｒは、受電コイルＬｒと、整流回路ＤＢと、を有する。電源ＰＷと、インバータＩＮＶと、受電コイルＬｒと、整流回路ＤＢの構成は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１と同様である。本実施形態では、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１の送電コイルユニットＬｔｕ１に代えて、送電コイルユニットＬｔｕ２を備えている点において、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１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。
送電コイルユニットＬｔｕ２は、送電コイルＬｔと、１の補助コイルＬｃａ，Ｌｃｃと、第２の補助コイルＬｃｂ，Ｌｃｄと、磁性体Ｆ１と、を有する。送電コイルＬｔと、第１の補助コイルＬｃａと、第２の補助コイルＬｃｂの構成は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１と同様である。本実施形態に係る送電コイルユニットＬｔｕ２は、第１及び第２の補助コイルＬｃａ，Ｌｃｂに加えて、もう１組の第１及び第２の補助コイルＬｃｃ，Ｌｃｄを備えている点において、第１実施形態に係る送電コイルユニットＬｔｕ１と相違する。図８に示されるように、送電コイルＬｔと、第１の補助コイルＬｃａ，Ｌｃｃと、第２の補助コイルＬｃｂ，Ｌｃｄの５つのコイルは、電気的に直列接続されている。
図９に示されるように、第１及び第２の補助コイルＬｃｃ，Ｌｃｄは、第１の補助コイルＬｃｃの中心と第２の補助コイルＬｃｄの中心を結ぶ仮想線が、第１の補助コイルＬｃａの中心と第２の補助コイルＬｃｂの中心を結ぶ仮想線と直交するように配置されている。
第１の補助コイルＬｃｃは、磁性コアＣｃｃと巻線Ｗｃｃを備えている。第１の補助コイルＬｃｃは、巻線が螺旋状に巻回されるソレノイドコイルであり、板状または棒状の磁性コアＣｃｃに銅やアルミニウム等のリッツ線から構成される巻線Ｗｃｃを巻回して形成されている。この第１の補助コイルＬｃｃの軸方向は、送電コイルＬｔの軸方向に対して非平行となっている。このような構成により、第１の補助コイルＬｃｃが発生するは、後述する受電コイルＬｒに鎖交することなく、第１の補助コイルＬｃｃから離れた場所にまで周回し易くなる。本実施形態においては、第１の補助コイルＬｃｃの軸方向は、送電コイルＬｔの軸方向に対して直交している。この場合、第１の補助コイルＬｃｃにより、第１の補助コイルＬｃｃから離れた場所にまで周回する磁束をより発生させ易くなる。
また、第１の補助コイルＬｃｃは、送電コイルＬｔの背面側に配置される。すなわち、第１の補助コイルＬｃｃは、送電コイルＬｔの受電コイルＬｒ対向する側とは反対側に配置されている。このような配置とすることにより、第１の補助コイルＬｃｃによって、送電コイルＬｔと受電コイルＬｒの間に生じる磁界の一部を強める磁束を発生させ易くなる。その結果、電力伝送効率の低下をさらに抑制することができる。
またさらには、第１の補助コイルＬｃｃは、送電コイルＬｔが送電コイルユニットＬｔｕ１の中心から外側に向かう方向に送電コイルＬｔを鎖交する磁束を発生するとき、送電コイルユニットＬｔｕ１の中心から外側に向かう方向に第１の補助コイルＬｃｃを鎖交する磁束を発生する。具体的には、図１０ｂにおいて、送電コイルＬｔが発生する磁束が、送電コイルＬｔを、送電コイルＬｔから受電コイルＬｒに向かう方向（図示上向き）に鎖交するとき、第１の補助コイルＬｃｃが発生する磁束は、第１の補助コイルＬｃｃを、送電コイルＬｔから第１の補助コイルＬｃｃに向かう方向（図示左向き）に鎖交すればよい。このような磁束を発生させるには、図１０ｂにおいて、第１の補助コイルＬｃｃの巻線Ｗｃｃが、送電コイルＬｔの巻線Ｗｔと最も近接する部分（図示第１の補助コイルＬｃｃの巻線Ｗｃｃの上面部分）を通過する電流の向きが、送電コイルＬｔの巻線Ｗｔが第１の補助コイルＬｃｃの巻線Ｗｔａと近接する部分（図示送電コイルＬｔの巻線Ｗｔの左側部分）を通過する電流の向きと逆向きとなるように、第１の補助コイルＬｃｃの巻線Ｗｃが磁路コアＣｃｃに巻回されればよい。なお、本実施形態においては、送電コイルＬｔと第１の補助コイルＬｃｃは電気的に直列に接続されているので、上記のような送電コイルＬｔと第１の補助コイルＬｃｃの構成により、送電コイルＬｔが送電コイルユニットＬｔｕ１の外側から中心に向かう方向に送電コイルＬｔを鎖交する磁束を発生するとき、第１の補助コイルＬｃｃも送電コイルユニットＬｔｕ１の外側から中心に向かう方向に第１の補助コイルＬｃｃを鎖交する磁束を発生することとなる。
第２の補助コイルＬｃｄは、磁性コアＣｃｄと巻線Ｗｃｄを備えている。第２の補助コイルＬｃｄは、巻線が螺旋状に巻回されるソレノイドコイルであり、板状または棒状の磁性コアＣｃｄに銅やアルミニウム等のリッツ線から構成される巻線Ｗｃｄを巻回して形成されている。この第２の補助コイルＬｃｄの軸方向は、送電コイルＬｔの軸方向に対して非平行となっている。このような構成により、第２の補助コイルＬｃｄが発生するは、後述する受電コイルＬｒに鎖交することなく、第２の補助コイルＬｃｄから離れた場所にまで周回し易くなる。本実施形態においては、第２の補助コイルＬｃｄの軸方向は、送電コイルＬｔの軸方向に対して直交している。この場合、第２の補助コイルＬｃｄにより、第２の補助コイルＬｃｄから離れた場所にまで周回する磁束をより発生させ易くなる。
また、第２の補助コイルＬｃｄは、送電コイルＬｔの背面側に配置される。すなわち、第２の補助コイルＬｃｄは、送電コイルＬｔの受電コイルＬｒと対向する側とは反対側に配置されている。このような配置とすることにより、第２の補助コイルＬｃｄによって、送電コイルＬｔと受電コイルＬｒの間に生じる磁界の一部を強める磁束を発生させ易くなる。その結果、電力伝送効率の低下をさらに抑制することができる。
またさらには、第２の補助コイルＬｃｄは、送電コイルＬｔが送電コイルユニットＬｔｕ１の中心から外側に向かう方向に送電コイルＬｔを鎖交する磁束を発生するとき、送電コイルユニットＬｔｕ１の中心から外側に向かう方向に第２の補助コイルＬｃｄを鎖交する磁束を発生する。具体的には、図１０ｂにおいて、送電コイルＬｔが発生する磁束が、送電コイルＬｔを、送電コイルＬｔから受電コイルＬｒに向かう方向（図示上向き）に鎖交するとき、第２の補助コイルＬｃｄが発生する磁束は、第２の補助コイルＬｃｄを、送電コイルＬｔから第２の補助コイルＬｃｄ向かう方向（図示右向き）に鎖交すればよい。このような磁束を発生させるには、図１０ｂにおいて、第２の補助コイルＬｃｄの巻線Ｗｃｄが、送電コイルＬｔの巻線Ｗｔと最も近接する部分（図示第２の補助コイルＬｃｄの巻線Ｗｃｄの上面部分）を通過する電流の向きが、送電コイルＬｔの巻線Ｗｔが第２の補助コイルＬｃｄの巻線Ｗｔｄと近接する部分（図示送電コイルＬｔの巻線Ｗｔの右側部分）を通過する電流の向きと同じ向きとなるように、第２の補助コイルＬｃｄの巻線Ｗｃｄが磁路コアＣｃｄに巻回されればよい。なお、本実施形態においては、送電コイルＬｔと第２の補助コイルＬｃｄは電気的に直列に接続されているので、上記のような送電コイルＬｔと第２の補助コイルＬｃｄの構成により、送電コイルＬｔが送電コイルユニットＬｔｕ１の外側から中心に向かう方向に送電コイルＬｔを鎖交する磁束を発生するとき、第２の補助コイルＬｃｄも送電コイルユニットＬｔｕ１の外側から中心に向かう方向に第１の補助コイルＬｃｃを鎖交する磁束を発生することとなる。
磁性体Ｆ２は、送電コイルＬｔの受電コイルＬｒと対向する側とは反対側の面に沿って延びている。磁性体Ｆ２を送電コイルＬｔの軸方向から見たとき、磁性体Ｆ２の外形寸法は送電コイルＬｔの外形寸法より大きい。本実施形態においては、磁性体Ｆ２の受電コイルＬｒと対向する側の面の中央付近で、磁性体Ｆ２と送電コイルＬｔの磁性コアＣｔが接続されている。また、磁性体Ｆ２の受電コイルＬｒと対向する側とは反対側の面であって、各辺の中央付近で、磁性体Ｆ２はそれぞれ第１の補助コイルＬｃａ，Ｌｃｃの磁性コアＣｃａ，Ｃｃｃと第２の補助コイルＬｃｂ，Ｌｃｄの磁性コアＣｃｂ，Ｃｃｄに接続されている。ここで、第１及び第２の補助コイルＬｃａ，Ｌｃｃ，Ｌｃｂ，Ｌｃｄは、第１の補助コイルＬｃｃの中心と第２の補助コイルＬｃｄの中心を結ぶ仮想線と、第１の補助コイルＬｃａの中心と第２の補助コイルＬｃｂの中心を結ぶ仮想線とが直交するように配置されるので、送電コイルＬｔの軸方向から見て、第１及び第２の補助コイルＬｃａ，Ｌｃｂは、間に送電コイルＬｔを介して配置される。同様に、第１及び第２の補助コイルＬｃｃ，Ｌｃｄは、間に送電コイルＬｔを介して配置される。したがって、第１及び第２の補助コイルＬｃａ，Ｌｃｂと第１及び第２の補助コイルＬｃｃ，Ｌｃｄがそれぞれ送電コイルＬｔの両外側に配置される構成となるので、送電コイルＬｔから離れた場所に形成される不要な漏洩磁界をさらに低減できる。
続いて、図１１を参照して、本実施形態における送電コイルが発生する磁束と補助コイルが発生する磁束の相対的な関係と不要な漏洩磁界の低減作用について詳細に説明する。図１１ａは、図１０ａにおいて、送電コイルと第１及び第２の補助コイルが発生する磁束を模式的に示した図である。図１１ｂは、図１０ｂにおいて、送電コイルと第１及び第２の補助コイルが発生する磁束を模式的に示した図である。ここで、図１１ａ中、送電コイルＬｔが発生する磁束のうち、体表的なものとして磁束Ｂｔ１ａ〜Ｂｔ１ｄを示し、第１及び第２の補助コイルＬｃａ，Ｌｃｂが発生する磁束のうち、代表的なものとして磁束Ｂｃａ，Ｂｃｂを模式的に示している。一方、図１１ｂ中、送電コイルＬｔが発生する磁束のうち、体表的なものとして磁束Ｂｔ２ａ〜Ｂｔ２ｄを示し、第１及び第２の補助コイルＬｃｃ，Ｌｃｄが発生する磁束のうち、代表的なものとして磁束Ｂｃｃ，Ｂｃｄを模式的に示している。ただし、これらの磁束は、それぞれの磁束の向きのみを模式的に示したものであって、磁束密度を示すものではない。なお、図１１ａ及び図１１ｂでは、送電コイルＬｔ磁性コアＣｔと、第１及び第２の補助コイルＬｃａ，Ｌｃｃ，Ｌｃｂ，Ｌｃｄの磁性コアＣｃａ，Ｃｃｃ，Ｃｃｂ，Ｃｃｄと、磁性体Ｆ２と、受電コイルＬｒの磁性コアＣｒの中における磁束の図示は省略している。
まず、図１１ａを参照して、送電コイルＬｔが発生する磁束と第１及び第２の補助コイルＬｃａ，Ｌｃｂが発生する磁束について詳細に説明する。送電コイルＬｔは、図１１ａに示されるように、送電コイルＬｔの中心部から、受電コイルＬｒへ向かう方向（図示上向き）に鎖交する磁束Ｂｔ１ａ〜Ｂｔ１ｄを発生している。なお、送電コイルＬｔが発生する磁束Ｂｔ１ａ〜Ｂｔ１ｄは、受電コイルＬｒにも鎖交しており、磁束Ｂｔ１ａ〜Ｂｔ１ｄが受電コイルＬｒに鎖交することで、受電コイルＬｒの巻線Ｗｒに起電力が生じる。そして、受電コイルＬｒに生じた電力は、整流回路ＤＢによって整流され、負荷Ｒに出力される。
第１の補助コイルＬｃａは、図１１ａに示されるように、第１の補助コイルＬｃａを、送電コイルＬｔから、第１の補助コイルＬｃａに向かう方向（図示左向き）に鎖交し、かつ、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒに鎖交せず、受電コイルＬｒから第１の補助コイルＬｃａに向かう方向（図示下向き）に周回する磁束Ｂｃａを発生している。具体的には、第１の補助コイルＬｃａの軸方向が送電コイルＬｔの軸方向に対して非平行となっていることから、第１の補助コイルＬｃａが発生する磁束Ｂｃａは、受電コイルＬｒに鎖交することなく、第１の補助コイルＬｃａから離れた場所を周回することとなる。特に、本実施形態においては、第１の補助コイルＬｃａの軸方向が送電コイルＬｔの軸方向と直交していることから、第１の補助コイルＬｃａが発生する磁束Ｂｃａは、第１の補助コイルＬｃａから離れた場所にまで大きく周回している。
同様に、第２の補助コイルＬｃｂは、図１１ａに示されるように、第２の補助コイルＬｃｂを、送電コイルＬｔから第２の補助コイルＬｃｂに向かう方向（図示右向き）に鎖交し、かつ、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒに鎖交せず、受電コイルＬｒから第２の補助コイルＬｃｂに向かう方向（図示下向き）に周回する磁束Ｂｃｂを発生している。具体的には、第２の補助コイルＬｃｂの軸方向が送電コイルＬｔの軸方向に対して非平行となっていることから、第２の補助コイルＬｃｂが発生する磁束Ｂｃｂは、受電コイルＬｒに鎖交することなく、第２の補助コイルＬｃｂから離れた場所を周回することとなる。特に、本実施形態においては、第２の補助コイルＬｃｂの軸方向が送電コイルＬｔの軸方向と直交していることから、第２の補助コイルＬｃｂが発生する磁束Ｂｃｂは、第２の補助コイルＬｃｂから離れた場所にまで大きく周回している。
次に、第１及び第２の補助コイルＬｃａ、Ｌｃｂによる不要な漏洩磁界の低減作用について説明する。上述した送電コイルＬｔが発生する磁束Ｂｔ１ａ〜Ｂｔ１ｄのうち、磁束Ｂｔ１ａ，Ｂｔ１ｂは比較的送電コイルＬｔの近傍を周回する磁束であり、磁束Ｂｔ１ｃ，Ｂｔ１ｄは送電コイルＬｔから離れた場所にまで大きく周回する磁束である。すなわち、磁束Ｂｔ１ｃ，Ｂｔ１ｄによって、送電コイルＬｔ離れた場所に漏洩磁界が形成される。なお、送電コイルＬｔから離れた場所にまで大きく周回する磁束Ｂｔ１ｃ，Ｂｔ１ｄは、送電コイルＬｔの近傍を周回する磁束Ｂｔ１ａ，Ｂｔ１ｂと比べれば、比較的磁束の密度は非常に低い。しかし、大電力伝送のためにコイルに大電流を流した場合には、磁束Ｂｔ１ａ，Ｂｔ１ｂにより送電コイルＬｔから離れた場所に形成される漏洩磁界が電磁波障害を引き起こす虞のある強度となってしまうことが問題であった。そこで、送電コイルＬｔから離れた場所における、送電コイルが発生する磁束Ｂｔ１ｃと第１の補助コイルＬｃａが発生する磁束Ｂｃａの向きを比較すると、磁束Ｂｔ１ｃと磁束Ｂｃａは互いに逆向きとなっている。また、同様に送電コイルＬｔから離れた場所における、送電コイルＬｔが発生する磁束Ｂｔ１ｄと第２の補助コイルＬｃｂが発生する磁束Ｂｃｂの向きを比較すると、磁束Ｂｔ１ｄと磁束Ｂｃｂは互いに逆向きとなっている。すなわち、送電コイルＬｔから離れた場所においては、送電コイルが発生する磁束Ｂｔ１ｃ，Ｂｔ１ｄと第１及び第２の補助コイルＬｃａ，Ｌｃｂが発生する磁束Ｂｃａ，Ｂｃｂが互いに打消し合う。その結果、不要な漏洩磁界が低減される。
一方で、送電コイルＬｔと受電コイルＬｒの間付近においては、送電コイルＬｔが発生する磁束Ｂｔ１ａの向きと第１の補助コイルＬｃａが発生する磁束Ｂｃａの向きは同じ向きである。つまり、第１の補助コイルＬｃａが発生する磁界は、送電コイルＬｔと受電コイルＬｒａとの間に生じる磁界の一部を強めている。このように、送電コイルＬｔと受電コイルＬｒとの間では、送電コイルＬｔが発生する磁束Ｂｔ１ａの向きと第１の補助コイルＬｃａが発生する磁束Ｂｃａの向きがほぼ同じ向きとなる。したがって、送電コイルＬｔと受電コイルＬｒを共に鎖交する電力伝送に寄与する磁束Ｂｔ１ａは、第１の補助コイルＬｃａが発生する磁束Ｂｃａによって相殺されない。その結果、電力伝送効率の低下を抑制することができる。同様に、送電コイルＬｔが発生する磁束Ｂｔ１ｂの向きと第２の補助コイルＬｃｂが発生する磁束Ｂｃｂの向きは同じ向きである。つまり、第２の補助コイルＬｃｂが発生する磁界は、送電コイルＬｔと受電コイルＬｒとの間に生じる磁界の一部を強めている。このように、送電コイルＬｔと受電コイルＬｒとの間では、送電コイルＬｔが発生する磁束Ｂｔ１ｂの向きと第２の補助コイルＬｃｂが発生する磁束Ｂｃｂの向きがほぼ同じ向きとなる。したがって、送電コイルＬｔと受電コイルＬｒを共に鎖交する電力伝送に寄与する磁束Ｂｔ１ｂは、第２の補助コイルＬｃｂが発生する磁束Ｂｃｂによって相殺されない。その結果、電力伝送効率の低下を抑制することができる。なお、上述のとおり、送電コイルＬｔと受電コイルＬｒを共に鎖交する磁束Ｂｔ１ａ〜Ｂｔ１ｄのうち、送電コイルから離れた場所にまで周回する磁束Ｂｔ１ａ，Ｂｔ１ｂは、第１及び第２の補助コイルＬｃａ，Ｌｃｂが発生する磁束Ｂｃａ，Ｂｃｂによって相殺されるが、送電コイルＬｔから離れた場所にまで大きく周回する磁束Ｂｔ１ｃ，Ｂｔ１ｄは、送電コイルＬｔの近傍を周回する磁束Ｂｔ１ａ，Ｂｔ１ｂと比べれば、比較的磁束の密度は非常に低い。したがって、送電コイルＬｔから離れた場所にまで大きく周回する磁束Ｂｔ１ｃ，Ｂｔ１ｄが相殺されたことによる電力伝送効率の低下は僅かである。
続いて、図１１ｂを参照して、送電コイルＬｔが発生する磁束と第１及び第２の補助コイルＬｃｃ，Ｌｃｄが発生する磁束について詳細に説明する。送電コイルＬｔは、図１１ｂに示されるように、送電コイルＬｔの中心部から、受電コイルＬｒへ向かう方向（図示上向き）に鎖交する磁束Ｂｔ２ａ〜Ｂｔ２ｄを発生している。なお、送電コイルＬｔが発生する磁束Ｂｔ２ａ〜Ｂｔ２ｄは、受電コイルＬｒにも鎖交しており、磁束Ｂｔ２ａ〜Ｂｔ２ｄが受電コイルＬｒに鎖交することで、受電コイルＬｒの巻線Ｗｒに起電力が生じる。そして、受電コイルＬｒに生じた電力は、整流回路ＤＢによって整流され、負荷Ｒに出力される。
第１の補助コイルＬｃｃは、図１１ｂに示されるように、第１の補助コイルＬｃｃを、送電コイルＬｔから、第１の補助コイルＬｃｃに向かう方向（図示左向き）に鎖交し、かつ、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒに鎖交せず、受電コイルＬｒから第１の補助コイルＬｃｃに向かう方向（図示下向き）に周回する磁束Ｂｃｃを発生している。具体的には、第１の補助コイルＬｃｃの軸方向が送電コイルＬｔの軸方向に対して非平行となっていることから、第１の補助コイルＬｃｃが発生する磁束Ｂｃｃは、受電コイルＬｒに鎖交することなく、第１の補助コイルＬｃｃから離れた場所を周回することとなる。特に、本実施形態においては、第１の補助コイルＬｃｃの軸方向が送電コイルＬｔの軸方向と直交していることから、第１の補助コイルＬｃｃが発生する磁束Ｂｃｃは、第１の補助コイルＬｃｃから離れた場所にまで大きく周回している。
同様に、第２の補助コイルＬｃｄは、図１１ｂに示されるように、第２の補助コイルＬｃｄを、送電コイルＬｔから第２の補助コイルＬｃｄに向かう方向（図示右向き）に鎖交し、かつ、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒに鎖交せず、受電コイルＬｒから第２の補助コイルＬｃｄに向かう方向（図示下向き）に周回する磁束Ｂｃｄを発生している。具体的には、第２の補助コイルＬｃｄの軸方向が送電コイルＬｔの軸方向に対して非平行となっていることから、第２の補助コイルＬｃｄが発生する磁束Ｂｃｄは、受電コイルＬｒに鎖交することなく、第２の補助コイルＬｃｄから離れた場所を周回することとなる。特に、本実施形態においては、第２の補助コイルＬｃｄの軸方向が送電コイルＬｔの軸方向と直交していることから、第２の補助コイルＬｃｄが発生する磁束Ｂｃｄは、第２の補助コイルＬｃｄから離れた場所にまで大きく周回している。
次に、第１及び第２の補助コイルＬｃｃ，Ｌｃｄによる不要な漏洩磁界の低減作用について説明する。上述した送電コイルＬｔが発生する磁束Ｂｔ２ａ〜Ｂｔ２ｄのうち、磁束Ｂｔ２ａ，Ｂｔ２ｂは比較的送電コイルＬｔの近傍を周回する磁束であり、磁束Ｂｔ２ｃ，Ｂｔ２ｄは送電コイルＬｔから離れた場所にまで大きく周回する磁束である。すなわち、磁束Ｂｔ２ｃ，Ｂｔ２ｄによって、送電コイルＬｔ離れた場所に漏洩磁界が形成される。なお、送電コイルＬｔから離れた場所にまで大きく周回する磁束Ｂｔ２ｃ，Ｂｔ２ｄは、送電コイルＬｔの近傍を周回する磁束Ｂｔ２ａ，Ｂｔ２ｂと比べれば、比較的磁束の密度は非常に低い。しかし、大電力伝送のためにコイルに大電流を流した場合には、磁束Ｂｔ２ａ，Ｂｔ２ｂにより送電コイルＬｔから離れた場所に形成される漏洩磁界が電磁波障害を引き起こす虞のある強度となってしまうことが問題であった。そこで、送電コイルＬｔから離れた場所における、送電コイルが発生する磁束Ｂｔ２ｃと第１の補助コイルＬｃｃが発生する磁束Ｂｃｃの向きを比較すると、磁束Ｂｔ２ｃと磁束Ｂｃｃは互いに逆向きとなっている。また、同様に送電コイルＬｔから離れた場所における、送電コイルＬｔが発生する磁束Ｂｔ２ｄと第２の補助コイルＬｃｄが発生する磁束Ｂｃｄの向きを比較すると、磁束Ｂｔ２ｄと磁束Ｂｃｄは互いに逆向きとなっている。すなわち、送電コイルＬｔから離れた場所においては、送電コイルが発生する磁束Ｂｔ２ｃ，Ｂｔ２ｄと第１及び第２の補助コイルＬｃｃ，Ｌｃｄが発生する磁束Ｂｃｃ，Ｂｃｄが互いに打消し合う。その結果、不要な漏洩磁界が低減される。
一方で、送電コイルＬｔと受電コイルＬｒの間付近においては、送電コイルＬｔが発生する磁束Ｂｔ２ａの向きと第１の補助コイルＬｃｃが発生する磁束Ｂｃｃの向きは同じ向きである。つまり、第１の補助コイルＬｃｃが発生する磁界は、送電コイルＬｔと受電コイルＬｒａとの間に生じる磁界の一部を強めている。このように、送電コイルＬｔと受電コイルＬｒとの間では、送電コイルＬｔが発生する磁束Ｂｔ２ａの向きと第１の補助コイルＬｃｃが発生する磁束Ｂｃｃの向きがほぼ同じ向きとなる。したがって、送電コイルＬｔと受電コイルＬｒを共に鎖交する電力伝送に寄与する磁束Ｂｔ２ａは、第１の補助コイルＬｃｃが発生する磁束Ｂｃｃによって相殺されない。その結果、電力伝送効率の低下を抑制することができる。同様に、送電コイルＬｔが発生する磁束Ｂｔ２ｂの向きと第２の補助コイルＬｃｄが発生する磁束Ｂｃｄの向きは同じ向きである。つまり、第２の補助コイルＬｃｄが発生する磁界は、送電コイルＬｔと受電コイルＬｒとの間に生じる磁界の一部を強めている。このように、送電コイルＬｔと受電コイルＬｒとの間では、送電コイルＬｔが発生する磁束Ｂｔ２ｂの向きと第２の補助コイルＬｃｄが発生する磁束Ｂｃｄの向きがほぼ同じ向きとなる。したがって、送電コイルＬｔと受電コイルＬｒを共に鎖交する電力伝送に寄与する磁束Ｂｔ２ｂは、第２の補助コイルＬｃｄが発生する磁束Ｂｃｄによって相殺されない。その結果、電力伝送効率の低下を抑制することができる。なお、上述のとおり、送電コイルＬｔと受電コイルＬｒを共に鎖交する磁束Ｂｔ２ａ〜Ｂｔ２ｄのうち、送電コイルから離れた場所にまで周回する磁束Ｂｔ２ａ，Ｂｔ２ｂは、第１及び第２の補助コイルＬｃｃ，Ｌｃｄが発生する磁束Ｂｃｃ，Ｂｃｄによって相殺されるが、送電コイルＬｔから離れた場所にまで大きく周回する磁束Ｂｔ２ｃ，Ｂｔ２ｄは、送電コイルＬｔの近傍を周回する磁束Ｂｔ２ａ，Ｂｔ２ｂと比べれば、比較的磁束の密度は非常に低い。したがって、送電コイルＬｔから離れた場所にまで大きく周回する磁束Ｂｔ２ｃ，Ｂｔ２ｄが相殺されたことによる電力伝送効率の低下は僅かである。
以上のように、本実施形態に係る送電コイルユニットＬｔｕ２においては、第１及び第２の補助コイルＬｃａ，Ｌｃｃ，Ｌｃｂ，Ｌｃｄは、送電コイルＬｔの背面側であって、送電コイルＬｔの軸方向から見て送電コイルＬｔの巻線Ｗｔによって区画される領域の外側に配置され、また、第１及び第２の補助コイルＬｃａ，Ｌｃｃ，Ｌｃｂ，Ｌｃｄの軸は、送電コイルＬｔの軸と非平行であり、送電コイルＬｔと第１及び第２の補助コイルＬｃａ，Ｌｃｃ，Ｌｃｂ，Ｌｃｄのそれぞれは、コイルユニットの中心から外側に向かうに方向に当該コイルを鎖交する磁束を同時に発生する。そのため、送電コイルＬｔから離れた場所においては、送電コイルＬｔが発生する磁束Ｂｔ１ｃ，Ｂｔ１ｄ，Ｂｔ２ｃ，Ｂｔ２ｄの向きと第１及び第２補助コイルＬｃａ〜Ｌｃｄが発生する磁束Ｂｃａ〜Ｂｃｄの向きは互いに逆向きとなり、送電コイルＬｔの近傍においては、送電コイルＬｔが発生する磁束Ｂｔ１ａ，Ｂｔ１ｂ，Ｂｔ２ａ，Ｂｔ２ｂの向きと第１及び第２補助コイルＬｃａ〜Ｌｃｄが発生する磁束Ｂｃａ〜Ｂｃｄの向きは互い同じ向きとなる。したがって、送電コイルＬｔから離れた場所の磁界強度は低下し、送電コイルＬｔ近傍の磁界強度は高くなる。その結果、送電コイルＬｔから離れた場所に形成される不要な漏洩磁界を低減しつつ、電力伝送効率の低下を抑制することができる。
また、本実施形態に係る送電コイルユニットＬｔｕ２においては、複数の第１及び第２の補助コイルＬｃａ及びＬｃｂと、Ｌｃｃ及びＬｃｄを備え、それぞれの対をなす第１の補助コイルＬｃａと第２の補助コイルＬｃｂの中心同士を結ぶ仮想線と、第１の補助コイルＬｃｃと第２の補助コイルＬｃｄの中心同士を結ぶ仮想線は互いに非平行である。したがって、送電コイルＬｔから離れた場所の磁界を低減できる領域が拡大するため、送電コイルＬｔから離れた場所に形成される不要な漏洩磁界を低減する効果がより一層高くなる。
以下、本実施形態によって、送電コイルから離れた場所に形成される不要な漏洩磁界を低減しつつ、電力伝送効率の低下を抑制できることを実施例１と比較例１、２とによって具体的に示す。
実施例１として、上述した第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１を用いた。比較例１として、実施例１と特性を比較するために、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ｓ１において、補助コイルを取り除いたワイヤレス電力伝送装置を用いた。比較例２として、実施例１と特性を比較するために、比較例１に送電コイルの作る磁束と鎖交するノイズ相殺用コイルＬｎ２０を追加したワイヤレス電力伝送装置を用いた。
まず、図１２を参照して、比較例１のワイヤレス電力伝送装置における送電コイルユニットＬｔｕ１０と受電コイルＬｒ１０の構成を説明する。図１２は比較例１の送電コイルユニットを受電コイルとともに示す断面図である。送電コイルユニットＬｔｕ１０は、磁性体Ｆ１０と、送電コイルＬｔ１０と、を備える。送電コイルＬｔ１０は、略方形を呈した平面状のスパイラル構造のコイルであり、図１２に示されるように、磁性コアＣｔ１０に巻線Ｗｔ１０が巻回されて形成されている。磁性コアＣｔ１０は磁性体Ｆ１０に接続されている。比較例１の送電コイルユニットＬｔｕ１０は、実施例１のワイヤレス電力伝送装置Ｓ１の送電コイルユニットＬｔｕ１から、第１の補助コイルＬｃａと第２の補助コイルＬｃｂを取り除いた形態である。また、受電コイルＬｒ１０は、巻線が平面状に巻回されるスパイラルコイルである。比較例１の受電コイルＬｒ１０は、実施例１のワイヤレス電力伝送装置Ｓ１における受電コイルＬｒと同様である。
次に、図１３を参照して、比較例２のワイヤレス電力伝送装置における送電コイルユニットＬｔｕ２０と受電コイルＬｒ１０の構成を説明する。図１３は比較例２の送電コイルユニットを受電コイルＬｒとともに示す断面図である。送電コイルユニットＬｔｕ２０は、磁性体Ｆ１０と、送電コイルＬｔ１０と、ノイズ相殺用コイルＬｎ２０と、を備える。比較例２の送電コイルユニットＬｔｕ２０は、比較例１の送電コイルユニットＬｔｕ１０にノイズ相殺用コイルＬｎ２０を追加した形態である。ノイズ相殺用コイルＬｎ２０は、略方形を呈した平面状のスパイラル構造のコイルである。図１３に示されるように、送電コイルＬｔ１０と磁性体Ｆ１０の間において、磁性コアＣｔ１０にノイズ相殺用コイルＬｎ２０の巻線Ｗｎ２０が巻回されている。このような構成により、ノイズ相殺用コイルＬｎ２０は、送電コイルＬｔ１０の作る磁束に鎖交することとなる。ここで、ノイズ相殺用コイルＬｎ２０は、送電コイルＬｔ１０に対して、それぞれ巻回方向が逆向きである。また、受電コイルＬｒ１０は、実施例１のワイヤレス電力伝送装置Ｓ１における受電コイルＬｒと同様である。
ここで、実施例１と比較例１，２における、送電コイルＬｔ，Ｌｔ１０の巻線Ｗｔ、Ｗｔ１０、第１及び第２の補助コイルＬｃａ，Ｌｃｂの巻線Ｗｃａ，Ｗｃｂ、ノイズ相殺用コイルＬｎ２０の巻線Ｗｎ２０、及び受電コイルＬｒ，Ｌｒ１０の巻線Ｗｒ、Ｗｒ１０には、ポリイミドで被覆した直径０．０５ｍｍの銅線を４０００本程度撚り合わせた直径約６ｍｍのリッツ線を用いた。また、送電コイルＬｔ，Ｌｔ１０の磁性コアＣｔ，Ｃｔ１０，第１及び第２の補助コイルＬｃａ，Ｌｃｂの磁性コアＣｃａ，Ｃｃｂ、磁性体Ｆ１，Ｆ１０、及び受電コイルＬｒ，Ｌｒ１０の磁性コアＣｒ，Ｃｒ１０には、同じ材質のフェライト（比透磁率３０００程度）を用いた。
さらに、実施例１の送電コイルユニットＬｔｕ１においては、長さ４００ｍｍ、幅３００ｍｍ、厚さ１５ｍｍの磁性体Ｆ１と、長さ１００ｍｍ、幅３００ｍｍ、厚さ２４ｍｍの送電コイルＬｔの磁性コアＣｔと、長さ４０ｍｍ、幅３００ｍｍ、厚さ１５ｍｍの第１及び第２の補助コイルＬｃａ，Ｌｃｂの磁性コアＣｃａ，Ｃｃｂと、長さ１５０ｍｍ、長さ１００ｍｍ、幅３００ｍｍ、厚さ２４ｍｍの受電コイルＬｒの磁性コアＣｒを用いた。比較例１の送電コイルユニットＬｔｕ１０及び比較例２の送電コイルユニットＬｔｕ２０においては、長さ４００ｍｍ、幅３００ｍｍ、厚さ１５ｍｍの磁性体Ｆ１０と、長さ１００ｍｍ、幅３００ｍｍ、厚さ２４ｍｍの送電コイルＬｔ１０の磁性コアＣｔ１０と、長さ１００ｍｍ、幅３００ｍｍ、厚さ２４ｍｍの受電コイルＬｒ１０の磁性コアＣｒ１０を用いた。
またさらには、実施例１と比較例１，２における、送電コイルＬｔ，Ｌｔ１０、及び受電コイルＬｒ，Ｌｒ１０の巻数は各２０ターンとして、実施例１における第１及び第２の補助コイルＬｃａ，Ｌｃｂの巻数は各５ターン、比較例２におけるノイズ相殺用コイルＬｎ２０の巻数は１０ターンとした。
なお、実施例１と比較例１、２において、それぞれの送電コイルユニットＬｔｕ１、Ｌｔｕ１０、Ｌｔｕ２０と受電コイルＬｒ，Ｌｒ１０の間の距離は１５０ｍｍに設定した。
続いて、実施例１と比較例１、２において、電力伝送効率と不要な漏洩磁界を測定した。このとき受電コイルＬｒ，Ｌｒ１０は、位置ずれが無い状態、すなわち、送電コイルユニットＬｔｕ１，Ｌｔｕ１０，Ｌｔｕ２０と受電コイルＬｒ，Ｌｒ１０の間の距離を１５０ｍｍに保ちつつ、受電コイルＬｒ，Ｌｒ１０の中心とそれぞれの送電コイルユニットＬｔｕ１，Ｌｔｕ１０，Ｌｔｕ２０の中心を結ぶ仮想線における送電コイルユニットＬｔｕ１，Ｌｔｕ１０，Ｌｔｕ２０と受電コイルＬｒ，Ｌｒ１０の距離も１５０ｍｍとなる状態で測定を行った。なお、電源ＰＷの供給電力は、負荷Ｒに供給される電力が３ｋＷとなるように調節した。
電力伝送効率は、事前に測定したインバータＩＮＶでの損失と、整流回路ＤＢでの損失を考慮しつつ、電源ＰＷが供給する電力と負荷Ｒに供給される電力を測定して送電コイルユニットと受電コイルの間の効率を算出した。
不要な漏洩磁界は、送電コイルユニットの中心から５ｍ離れた位置の磁界強度を指標とした。送電コイルユニットの中心から、磁性体Ｆ１、Ｆ１０の長手方向に５ｍ離れた位置にループアンテナを設置して磁界強度を測定した。ここで、ループアンテナでは、直交する３方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ方向）の磁界強度を測定し、これらを合成することで漏洩磁界強度を算出した。なお、送電コイルユニットは床面から５００ｍｍの高さに、電力を伝送する面を上に向けて設置しており、受電コイルは、送電コイルユニットの上に、１５０ｍｍの間隔を空けて設置した。また、ループアンテナは中心が電波暗室の床から１．５ｍの高さとなるように設置した。
実施例１と比較例１，２の測定結果を図１４に示す。図中、棒グラフが電力伝送効率を示しており、折れ線グラフが漏洩磁界強度を示している。
まず、実施例１と比較例１，２の測定結果について考察する。図１４に示されるように、実施例１は、比較例１に比べて、電力伝送効率は僅かに低下するものの、ほぼ同程度であり、漏洩磁界強度は低くなっている。また、実施例１は、比較例２に対して、電力伝送効率は高く、漏洩磁界強度はほぼ同程度となっている。すなわち、実施例１の補助コイル（第１及び第２の補助コイルＬｃａ，Ｌｃｂ）は、電力伝送に寄与する磁束は相殺しないので、補助コイルを備えない比較例１に比べて、電力伝送効率の低下が抑制されている。また、実施例１では、補助コイルが不要な漏洩磁界を形成する磁束を相殺するので、補助コイルを備えない比較例１に比べて、漏洩磁界強度は顕著に小さくなっている。一方、比較例２では、ノイズ相殺用コイル（Ｌｎ２０）が、電力伝送に寄与する磁束と、不要な漏洩磁界を形成する磁束を、共に相殺するため、電力伝送効率と漏洩磁界強度が共に低下したと考えられる。以上のように、実施例１の送電コイルユニットＬｔｕ１は、不要な漏洩磁界を低減しつつ、電力伝送効率の低下を抑制できることが確認できた。
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、いろいろな変形および変更が本発明の特許請求範囲内で可能なこと、またそうした変形例および変更も本発明の特許請求の範囲にあることは当業者に理解されるところである。従って、本明細書での記述および図面は限定的ではなく例証的に扱われるべきものである。
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３…ワイヤレス電力伝送装置、Ｕｔ１、Ｕｔ２…ワイヤレス送電装置、ＰＷ…電源、ＩＮＶ…インバータ、Ｕｒ，Ｕｒ２…ワイヤレス受電装置、Ｌｔｕ１，Ｌｔｕ２，Ｌｔｕ１０，Ｌｔｕ２０…送電コイルユニット、Ｌｔ，Ｌｔ１０…送電コイル、Ｃｔ，Ｃｔ１０……送電のコイルの磁性コア、Ｗｔ、Ｗｔ１０…送電コイルの巻線、Ｌｃａ，Ｌｃｃ…第１の補助コイル、Ｌｃｂ，Ｌｃｄ…第２の補助コイル、Ｃｃａ，Ｃｃｃ…第１の補助コイルの磁性コア、Ｃｃｂ，Ｃｃｄ…第２の補助のコイルの磁性コア、Ｗｃａ，Ｗｃｄ…第１の補助コイルの巻線、Ｗｃｂ，Ｗｃｄ…第２の補助コイルの巻線、Ｆ１，Ｆ２，Ｆ１０…磁性体、Ｌｒ，Ｌｒ１０…受電コイル、Ｌｒａ…第１の受電コイル、Ｌｒｂ…第２の受電コイル、Ｃｒ、Ｃｒ１０…受電コイルの磁性コア、Ｃｒａ…第１の受電コイルの磁性コア、Ｃｒｂ…第２の受電コイルの磁性コア、Ｗｒ、Ｗｒ１０…受電コイルの巻線、Ｗｒａ…第１の受電コイルの巻線、Ｗｒｂ…第２の受電コイルの巻線、ＤＢ…整流回路、Ｒ…負荷、Ｌｎ２０…ノイズ相殺用コイルの巻線、Ｂｔａ〜Ｂｔｄ，Ｂｔａ２〜Ｂｔｄ２，Ｂｔ１ａ〜Ｂｔ１ｄ，Ｂｔ２ａ〜Ｂｔ２ｄ…送電コイルが発生する磁束、Ｂｃａ，Ｂｃｃ…第１の補助コイルが発生する磁束，Ｂｃｂ，Ｂｃｄ…第２の補助コイルが発生する磁束。

Claims (6)

  1. ワイヤレスにて電力を送電する送電コイルユニットであって、
    巻線が平面状に巻回される送電コイルと、
    前記送電コイルの背面側に配置されるとともに、前記送電コイルの軸方向から見て、前記送電コイルの前記巻線によって区画される領域の外側に配置される少なくとも一対の第１及び第２の補助コイルと、を備え、
    前記第１及び第２の補助コイルの軸は、前記送電コイルの軸と非平行であり、
    前記送電コイルと前記第１及び第２の補助コイルのそれぞれは、コイルユニットの中心から外側に向かうに方向に当該コイルを鎖交する磁束を同時に発生することを特徴とする送電コイルユニット。
  2. 前記第１及び第２の補助コイルの軸は、前記送電コイルの軸に略直交することを特徴とする請求項１に記載の送電コイルユニット。
  3. 前記送電コイルと前記第１及び第２の補助コイルは、それぞれ磁性コアをさらに備え、
    前記第１の補助コイルの磁性コアは、前記送電コイルの磁性コアに連結され、
    前記第２の補助コイルの磁性コアは、前記送電コイルの磁性コアに連結されていることを特徴とする請求項１または２に記載の送電コイルユニット。
  4. 前記送電コイルの軸方向から見て、前記第１及び第２の補助コイルは、間に前記送電コイルを介して配置される請求項１〜３いずれか一項に記載の送電コイルユニット。
  5. 前記第１及び第２の補助コイルは複数対備え、それぞれの対をなす前記第１の補助コイルと前記第２の補助コイルの中心同士を結ぶ仮想線は、互いに非平行であることを特徴とする請求項４に記載の送電コイルユニット。
  6. ワイヤレスにて電力が伝送されるワイヤレス電力伝送装置であって、
    請求項１〜５のいずれか一項に記載の送電コイルユニットと、
    磁性コアに巻線が巻回された螺旋状コイルである受電コイルと、を備えることを特徴とするワイヤレス電力伝送装置。
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