JP2015220345A - コイルユニット - Google Patents

Abstract

【課題】コイルユニットのコイル以外の部分に起因する漏洩磁界を低減することができるコイルユニットを提供すること。【解決手段】コイルユニットＬｔｕ１は、ワイヤレス電力伝送を行うためのコイルユニットＬｔｕ１であって、互いに離間して配置された複数のコイルＬｔ（Ｌｔ１，Ｌｔ２）と、複数のコイルＬｔ（Ｌｔ１，Ｌｔ２）同士を電気的に接続する、絶縁体で被覆された接続線Ｌａ１と、を備え、接続線Ｌａ１は、周囲に電磁遮蔽部材Ｓａ１が配設されている。【選択図】図３

Description

本発明は、ワイヤレスで電力を伝送するためのコイルユニット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、電気自動車（ＥＶ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）やプラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ：Ｐｌｕｇ−ｉｎ Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）に搭載された二次電池を充電するための給電装置としての利用の拡大が見込まれている。

しかしながら、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においては、大電力伝送が要求されるためにコイルに大電流を流す必要があることから、コイルから離れた場所に形成される漏洩磁界強度も高くなり、周囲の電子機器等に悪影響を及ぼす電磁波障害が生じる虞があった。

これに対して、特許文献１では、複数のコイルを含み、対向配置される第１の共振コイルと電磁共鳴を行なうための第２の共振コイルを備え、複数のコイルのうちの第１のコイルは、複数のコイルのうちの第１のコイルと異なる他のコイルの少なくとも１つとは、第１の共振コイルに対向する面に対して、発生する磁界が逆位相となるように配置されるコイルユニットにより、漏洩電磁場を低減する技術が提案されている。

特開２０１１−２３４４９６号公報

ところで、特許文献１に開示される技術では、第２の共振コイルが直列あるいは並列に接続した複数のコイルにより構成されているため、コイルに大電流を流すと複数のコイル間の接続部分に流れる電流も大きくなり、この接続部分のインダクタンスが比較的小さくても、接続部分により形成される漏洩磁界の強度が高くなる虞があった。しかしながら、特許文献１に開示される技術では、複数のコイル間の接続部分により形成される漏洩磁界に対して何ら検討されておらず、コイルに大電流を流した場合、コイル以外の部分に起因する意図しない漏洩磁界が形成されてしまうという課題があった。

そこで、本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、コイルユニットのコイル以外の部分に起因する不要な漏洩磁界を低減することができるコイルユニットを提供することを目的とする。

本発明に係るコイルユニットは、ワイヤレス電力伝送を行うためのコイルユニットであって、互いに離間して配置された複数のコイルと、複数のコイル同士を電気的に接続する、絶縁体で被覆された接続線と、を備え、接続線は、周囲に電磁遮蔽部材が配設されていることを特徴とする。

本発明によれば、複数のコイル同士を電気的に接続する接続線は、絶縁体で被覆されており、さらにその周囲に電磁遮蔽部材が配設されている。そのため、電磁遮蔽部材により、接続線に電流が流れたときに、接続線の周囲に発生する磁界は、外部に漏れることが抑制される。その結果、コイルユニットのコイル以外の部分に起因する不要な漏洩磁界を低減することができる。

好ましくは、複数のコイルを外部機器と接続する、絶縁体で被覆された引出し線をさらに備え、引出し線は、周囲に電磁遮蔽部材が配設されているとよい。この場合、引出し線に電流が流れることにより引出し線の周囲に発生する磁界は、電磁遮蔽部材により、外部に漏れることが抑制される。その結果、コイルユニットのコイル以外の部分に起因する不要な漏洩磁界をより一層低減することができる。

以上のように、本発明によれば、コイルユニットのコイル以外の部分に起因する不要な漏洩磁界を低減することができるコイルユニットを提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るコイルユニットが適用されるワイヤレス電力伝送システムの電気的な構成を負荷とともに示すシステム構成模式図である。 本発明の第１実施形態に係るコイルユニットを受電コイルとともに示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る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。 本発明の第２実施形態に係るコイルユニットが適用されるワイヤレス電力伝送システムの電気的な構成を負荷とともに示すシステム構成模式図である。 本発明の第２実施形態に係るコイルユニットを受電コイルとともに示す斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る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）
図１〜３を参照して、本発明の第１実施形態に係るコイルユニットが適用されるワイヤレス電力伝送システムＳ１の構成について説明する。なお、本実施形態に係るコイルユニットは、ワイヤレス電力伝送システムの受電コイルユニットとしても適用可能であるが、本説明においては、本実施形態に係るコイルユニットをワイヤレス電力伝送システムの送電コイルユニットとして適用した例を用いて説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るコイルユニットが適用されるワイヤレス電力伝送システムの電気的な構成を負荷とともに示すシステム構成模式図である。図２は、本発明の第１実施形態に係るコイルユニットを受電コイルとともに示す斜視図である。図３は、本発明の第１実施形態に係る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。

ワイヤレス電力伝送システムＳ１は、図１に示されるように、電源ＰＷと、インバータＩＮＶと、コイルユニットＬｔｕ１と、受電コイルＬｒと、整流回路ＤＢと、を備える。

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。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。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、後述するコイルユニットＬｔｕ１に供給する。なお、インバータＩＮＶとコイルユニットＬｔｕ１の間には、回路の力率を向上させるためのキャパシタ（図示しない）が挿入されてもよい。

コイルユニットＬｔｕ１は、インバータＩＮＶから供給された電力を後述する受電コイルＬｒに送電する機能を有する。本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム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、コイルユニットＬｔｕ１は、電源ＰＷ、インバータＩＮＶとともに地上または地中に配置されることとなる。なお、コイルユニットＬｔｕ１の具体的な構成については後述する。

受電コイルＬｒは、コイルユニットＬｔｕ１から送電された電力を受電する機能を有する。本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム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。なお、受電コイルＬｒの具体的な構成については後述する。

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、コンデンサ及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システム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が挙げられる。なお、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム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、整流回路ＤＢは、車両に搭載されることとなる。

このような構成を備えることにより、コイルユニットＬｔｕ１と受電コイルＬｒが対向することで、ワイヤレスにて電力が伝送されるワイヤレス電力伝送システムＳ１が実現される。

続いて、本発明の第１実施形態に係るコイルユニットＬｔｕ１と受電コイルＬｒの構成について詳細に説明する。

コイルユニットＬｔｕ１は、複数のコイルＬｔと、磁性コアＣｔと、接続線Ｌａ１と、複数の引出し線Ｌｂと、複数の絶縁部材Ｉと、を備える。

複数のコイルＬｔは、互いに離間して配置されたコイルＬｔ１とコイルＬｔ２から構成されている。図２に示されるように、本実施形態では、コイルＬｔ１は、巻線Ｗｔ１が平面状に巻回されたスパイラルコイルであり、コイルＬｔ２は、巻線Ｗｔ２が平面状に巻回されたスパイラルコイルである。ここで、巻線Ｗｔ１と巻線Ｗｔ２は、それぞれ銅やアルミニウムで構成された導線を絶縁体で被覆された絶縁被覆導体で構成されており、巻線Ｗｔ１の巻回方向と巻線Ｗｔ２の巻回方向は互いに逆向きとなっている。このように構成されるコイルＬｔ１とコイルＬｔ２は、コイルユニットＬｔｕ１と受電コイルＬｒとの対向方向と直交する方向の同一平面上に並置されている。なお、コイルＬｔ１とコイルＬｔ２の巻数や配置間隔は、コイルユニットＬｔｕ１と受電コイルＬｒとの間の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。

磁性コアＣｔ１は、図３に示されるように、略Ｕ次状を呈しており、複数のコイルＬｔの受電コイルＬｒと対向する側とは反対側に沿って配置された板状部分と、板状部分の一方の端部からコイルＬｔ１の中心軸を通り、受電コイルＬｒ方向に伸びる突起部分と、板状部分の他方の端部からコイルＬｔ２の中心軸を通り、受電コイルＬｒ方向に伸びる突起部分から構成されている。この磁性コアＣｔ１は、コイルＬｔ１，Ｌｔ２のインダクタンスを高め、電力伝送のための磁束を効率よく発生させる役割を果たす。このような磁性コアＣｔ１としては、比透磁率の高いフェライトなどの磁性体で構成されていると好ましい。

接続線Ｌａ１は、複数のコイルＬｔ同士を電気的に接続する機能を有する。具体的には、接続線Ｌａ１は、一端がコイルＬｔ１の巻線Ｗｔ１の外周側端部と接続され、他端がコイルＬｔ２の巻線Ｗｔ２の外周側端部と接続されている。すなわち、接続線Ｌａ１は、コイルＬｔ１とコイルＬｔ２を電気的に直列に接続している。この接続線Ｌａ１は、銅やアルミニウムなどの導線を絶縁体で被覆された線材Ｗａ１から構成されている。本実施形態では、接続線Ｌａ１は、周囲に電磁遮蔽部材Ｓａ１が配設されている。つまり、接続線Ｌａ１は、内側から導線、絶縁体、電磁遮蔽部材Ｓａ１の順に層状に設けられていることとなる。この電磁遮蔽部材Ｓａ１は、銅やアルミニウムなどの導体により構成されている。これにより、接続線Ｌａ１に電流が流れたとき、電磁遮蔽部材Ｓａ１に誘導電流や渦電流などが生じ、接続線Ｌａ１により形成される磁界が打ち消される。その結果、接続線Ｌａ１の周囲に漏洩磁界が形成されることが抑制される。なお、接続線Ｌａ１の線材Ｗａ１とコイルＬｔ１，Ｌｔ２の巻線Ｗｔ１，Ｗｔ２は、絶縁体で被覆された同一の導線で一体的に構成してもよく、別々に構成してもよい。接続線Ｌａ１の線材Ｗａ１とコイルＬｔ１，Ｌｔ２の巻線Ｗｔ１，Ｗｔ２を絶縁体で被覆された同一の導線で構成する場合は、接続線Ｌａ１に相当する部分のみに電磁遮蔽部材Ｓａ１が配設されていればよい。

複数の引出し線Ｌｂは、複数のコイルＬｔと外部機器を接続する機能を有する。本実施形態では、コイルＬｔ１と外部機器を接続する引出し線Ｌｂ１と、コイルＬｔ２と外部機器を接続する引出し線Ｌｂ２から構成されている。具体的には、引出し線Ｌｂ１は、一端がコイルＬｔ１の巻線Ｗｔ１の内周側端部に接続され、他端がインバータＩＮＶの出力端子に接続されている。同様に、引出し線Ｌｂ２は、一端がコイルＬｔ２の巻線Ｗｔ２の内周側端部に接続され、他端がインバータＩＮＶの出力端子に接続されている。つまり、引出し線Ｌｂ１，Ｌｂ２は、コイルＬｔ１，Ｌｔ２とインバータＩＮＶを電気的に接続する役割を果たすこととなる。この引出し線Ｌｂ１，Ｌｂ２は、それぞれ銅やアルミニウムなどの導線を絶縁体で被覆された線材Ｗｂ１，Ｗｂ２から構成されている。本実施形態では、引出し線Ｌｂ１，Ｌｂ２は、周囲に電磁遮蔽部材Ｓｂ１，Ｓｂ２が配設されている。つまり、引出し線Ｌｂ１は、内側から導線、絶縁体、電磁遮蔽部材Ｓｂ１の順に層状に設けられ、引出し線Ｌｂ２は、内側から導線、絶縁体、電磁遮蔽部材Ｓｂ２の順に層状に設けられていることとなる。この電磁遮蔽部材Ｓｂ１，Ｓｂ２は、銅やアルミニウムなどの導体により構成されている。これにより、引き出線Ｌｂ１，Ｌｂ２に電流が流れたとき、電磁遮蔽部材Ｓｂ１，Ｓｂ２に誘導電流や渦電流などが生じ、引出し線Ｌｂ１，Ｌｂ２により形成される磁界が打ち消される。その結果、引き出線Ｌｂ１，Ｌｂ２の周囲に漏洩磁界が形成されることが抑制される。なお、引出し線Ｌｂ１，Ｌｂ２の線材Ｗｂ１，Ｗｂ２とコイルＬｔ１，Ｌｔ２の巻線Ｗｔ１，Ｗｔ２は、絶縁体で被覆された同一の導線で一体的に構成してもよく、別々に構成してもよい。引出し線Ｌｂ１，Ｌｂ２の線材Ｗｂ１，Ｗｂ２とコイルＬｔ１，Ｌｔ２の巻線Ｗｔ１，Ｗｔ２を絶縁体で被覆された同一の導線で構成する場合は、引出し線Ｌｂ１，Ｌｂ２に相当する部分のみに電磁遮蔽部材Ｓｂ１，Ｓｂ２が配設されていればよい。

複数の絶縁部材Ｉは、接続線Ｌａ１と磁性コアＣｔ１との間であって接続線Ｌａ１の延在方向に沿って配置される絶縁部材Ｉａ１と、引出し線Ｌｂ１とコイルＬｔ１との間であって引出し線Ｌｂ１の延在方向に沿って配置される絶縁部材Ｉｂ１と、引出し線Ｌｂ２とコイルＬｔとの間であって引出し線Ｌｂ２の延在方向に沿って配置される絶縁部材Ｉｂ２と、を有する。絶縁部材Ｉａ１は、接続線Ｌａ１の電磁遮蔽部材Ｓａ１と磁性コアＣｔ１との電位を区別し、電磁遮蔽部材Ｓａ１と磁性コアＣｔ１との間の放電を防ぐ役割を果たす。これにより、接続線Ｌａ１の周囲に発生する磁界が電磁遮蔽部材Ｓａ１の誘導電流や渦電流などで打ち消され、電磁遮蔽部材Ｓａ１の外部に漏れることがより確実に抑制される。絶縁部材Ｉｂ１，Ｉｂ２は、引き出線Ｌｂ１，Ｌｂ２の電磁遮蔽部材Ｓｂ１，Ｓｂ２とコイルＬｔ１，Ｌｔ２との電位を区別し、電磁遮蔽部材Ｓｂ１，Ｓｂ２とコイルＬｔ１，Ｌｔ２との間の放電を防ぐ役割を果たす。これにより、引き出線Ｌｂ１，Ｌｂ２の周囲に発生する磁界が電磁遮蔽部材Ｓｂ１，Ｓｂ２の誘導電流や渦電流などで打ち消され、電磁遮蔽部材Ｓｂ１，Ｓｂの外部に漏れることがより確実に抑制される。

受電コイルＬｒは、磁性コアＣｒに巻線Ｗｒが螺旋状に巻回されたソレノイドコイルである。受電コイルＬｒの軸方向は、コイルユニットＬｔｕ１と受電コイルＬｒとの対向方向と直交する方向であって、コイルユニットＬｔｕ１の複数のコイルＬｔ１，Ｌｔ２の並び方向と平行な方向となっている。巻線Ｗｒは、銅やアルミニウムで構成された導線を絶縁体で被覆した絶縁被覆導体で構成されている。受電コイルＬｒの巻数は、コイルユニットＬｔｕ１と受電コイルＬｒとの間の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。

続いて、本実施形態におけるワイヤレス電力伝送と漏洩磁界低減の原理について説明する。コイルユニットＬｔｕ１がインバータＩＮＶから電力を供給され、コイルＬｔ１，Ｌｔ２に電流が流れたとき、コイルＬｔ１，Ｌｔ２の周囲には磁界が形成される。ここで、コイルＬｔ１の巻線Ｗｔ１の巻回方向とコイルＬｔ２の巻線Ｗｔ２の巻回方向は互いに逆向きであるため、コイルＬｔ１，Ｌｔ２は、磁性コアＣｔを通過しつつ、コイルＬｔ１，Ｌｔ２をともに鎖交する磁束を発生する。この磁束が受電コイルＬｒにも鎖交することで、受電コイルＬｒに起電力が生じる。そして、受電コイルＬｒに生じた起電力は整流回路ＤＢで整流され負荷Ｒに供給される。

このとき、コイルユニットＬｔｕ１において、接続線Ｌａ１および引出し線Ｌｂ１，Ｌｂ２にも電流が流れ、接続線Ｌａ１および引出し線Ｌｂ１，Ｌｂ２の周囲にも磁界が形成されることとなる。しかし、これらの磁界によって生じる磁束は、接続線Ｌａ１および引出し線Ｌｂ１，Ｌｂ２の周りを周回するので、受電コイルＬｒには鎖交しない。つまり、接続線Ｌａ１および引出し線Ｌｂ１，Ｌｂ２に流れる電流によって形成される磁界は、ワイヤレス電力伝送には寄与しない漏洩磁界となる。本実施形態では、接続線Ｌａ１の周囲に電磁遮蔽部材Ｓａ１が配設されているため、接続線Ｌａ１に電流が流れたとき、電磁遮蔽部材Ｓａ１に誘導電流や渦電流などが生じ、接続線Ｌａ１により形成される磁界が打ち消される。その結果、接続線Ｌａ１の周囲に漏洩磁界が形成されることが抑制される。また、本実施形態では、引き出線Ｌｂ１，Ｌｂ２の周囲に電磁遮蔽部材Ｓｂ１，Ｓｂ２が配設されているため、引き出線Ｌｂ１，Ｌｂ２に電流が流れたとき、電磁遮蔽部材Ｓｂ１，Ｓｂ２に誘導電流や渦電流などが生じ、引き出線Ｌｂ１，Ｌｂ２により形成される磁界が打ち消される。その結果、引き出線Ｌｂ１，Ｌｂ２の周囲に漏洩磁界が形成されることが抑制される。

以上のように、本実施形態に係るコイルユニットＬｔｕ１は、複数のコイルＬｔと、複数のコイルＬｔ同士を電気的に接続する、接続線Ｌａ１を備え、接続線Ｌａ１は、周囲に電磁遮蔽部材Ｓａ１が配設されている。そのため、電磁遮蔽部材Ｓａ１により、接続線Ｌａ１に電流が流れたときに、接続線Ｌａ１の周囲に発生する磁界は、外部に漏れることが抑制される。その結果、コイルユニットＬｔｕ１のコイルＬｔ１，Ｌｔ２以外の部分に起因する不要な漏洩磁界を低減することができる。

また、本実施形態に係るコイルユニットＬｔｕ１においては、複数のコイルＬｔを外部機器と接続する、絶縁体で被覆された引出し線Ｌｂ１，Ｌｂ２をさらに備え、引出し線Ｌｂ１，Ｌｂ２は、周囲に電磁遮蔽部材Ｓｂ１，Ｓｂ２が配設されている。そのため、引出し線Ｌｂ１，Ｌｂ２に電流が流れることにより引出し線Ｌｂ１，Ｌｂ２の周囲に発生する磁界は、電磁遮蔽部材Ｓｂ１，Ｓｂ２により、外部に漏れることが抑制される。その結果、コイルユニットＬｔｕ１のコイルＬｔ１，Ｌｔ２以外の部分に起因する不要な漏洩磁界をより一層低減することができる。

（第２実施形態）
次に、図４〜図６を参照して、本発明の第２実施形態に係るコイルユニットが適用されるワイヤレス電力伝送システムＳ２の構成について説明する。なお、本実施形態に係るコイルユニットは、ワイヤレス電力伝送システムの受電コイルユニットとしても適用可能であるが、本説明においては、本実施形態に係るコイルユニットをワイヤレス電力伝送システムの送電コイルユニットとして適用した例を用いて説明する。図４は、本発明の第２実施形態に係るコイルユニットが適用されるワイヤレス電力伝送システムの電気的な構成を負荷とともに示すシステム構成模式図である。図５は、本発明の第２実施形態に係るコイルユニットを受電コイルとともに示す斜視図である。図６は、本発明の第２実施形態に係る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。

ワイヤレス電力伝送システムＳ２は、図４に示されるように、電源ＰＷと、インバータＩＮＶと、コイルユニットＬｔｕ２と、受電コイルＬｒと、整流回路ＤＢと、を備える。なお、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実施形態のワイヤレス電力伝送システムＳ１と同様である。本実施形態においては、第１実施形態のワイヤレス電力伝送システムＳ１のコイルユニットＬｔｕ１に代えてコイルユニットＬｔｕ２を備える点において第１実施形態のワイヤレス電力伝送システムＳ１と相違する。以下、第１実施形態のワイヤレス電力伝送システムＳ１と異なる点を中心に説明する。

コイルユニットＬｔｕ２は、複数のコイルＬｔと、磁性コアＣｔ２と、複数の接続線Ｌａと、複数の引出し線Ｌｂと、複数の絶縁部材Ｉと、を備える。

複数のコイルＬｔは、互いに離間して配置されたコイルＬｔ３とコイルＬｔ４とコイルＬｔ５から構成されている。図５に示されるように、本実施形態では、コイルＬｔ３は、後述する磁性コアＣｔ２に巻線Ｗｔ３が螺旋状に巻回されたソレノイドコイルであり、コイルＬｔ４は、後述する磁性コアＣｔ２に巻線Ｗｔ４が螺旋状に巻回されたソレノイドコイルであり、コイルＬｔ５は、後述する磁性コアＣｔ２に巻線Ｗｔ５が螺旋状に巻回されたソレノイドコイルである。ここで、巻線Ｗｔ３と巻線Ｗｔ４と巻線Ｗｔ５は、それぞれ銅やアルミニウムで構成された導線を絶縁体で被覆された絶縁被覆導体で構成されており、巻線Ｗｔ３の巻回方向と巻線Ｗｔ４の巻回方向は互いに逆向きであり、巻線Ｗｔ４の巻回方向と巻線Ｗｔ５の巻回方向は互いに逆向きとなっている。つまり、巻線Ｗｔ３の巻回方向と巻線Ｗｔ５の巻回方向は互いに同じ向きとなっている。このように構成されるコイルＬｔ３とコイルＬｔ４とコイルＬｔ５は、コイルユニットＬｔｕ２と受電コイルＬｒとの対向方向と直交する方向にコイルＬｔ３、コイルＬｔ４、コイルＬｔ５の順に配置されており、コイルＬｔ３の軸方向とコイルＬｔ４の軸方向とコイルＬｔ５の軸方向は一致している。なお、コイルＬｔ３とコイルＬｔ４とコイルＬｔ５の巻数や配置間隔は、コイルユニットＬｔｕ２と受電コイルＬｒとの間の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。

磁性コアＣｔ２は、図５および図６に示されるように、略直方体状を呈しており、コイルＬｔ３、コイルＬｔ４、およびコイルＬｔ５の中心軸を貫通するように伸びている。すなわち、磁性コアＣｔ２の長手方向は、受電コイルＬｒの軸方向と平行な方向となっており、コイルユニットＬｔｕ２と受電コイルＬｒの対向方向と直交する方向となっている。この磁性コアＣｔ２は、コイルＬｔ３，Ｌｔ４，Ｌｔ５のインダクタンスを高め、電力伝送のための磁束を効率よく発生させる役割を果たす。このような磁性コアＣｔ２としては、比透磁率の高いフェライトなどの磁性体で構成されていると好ましい。

複数の接続線Ｌａは、複数のコイルＬｔ同士を電気的に接続する機能を有する。具体的には、一端がコイルＬｔ３の巻線Ｗｔ３の一方の端部に接続され、他端がコイルＬｔ４の巻線Ｗｔ４の一方の端部に接続される接続線Ｌａ２と、一端がコイルＬｔ４の巻線Ｗｔ４の他方の端部に接続され、他端がコイルＬｔ５の巻線Ｗｔ５の一方の端部に接続される接続線Ｌａ３と、を有する。すなわち、接続線Ｌａ２は、コイルＬｔ３とコイルＬｔ４を電気的に直列に接続し、接続線Ｌａ３は、コイルＬｔ４とコイルＬｔ５を電気的に直列に接続している。この接続線Ｌａ２は、銅やアルミニウムなどの導線を絶縁体で被覆された線材Ｗａ２から構成されている。本実施形態では、接続線Ｌａ２は、周囲に電磁遮蔽部材Ｓａ２が配設されている。つまり、接続線Ｌａ２は、内側から導線、絶縁体、電磁遮蔽部材Ｓａ２の順に層状に設けられていることとなる。この電磁遮蔽部材Ｓａ２は、銅やアルミニウムなどの導体により構成されている。これにより、接続線Ｌａ２に電流が流れたとき、電磁遮蔽部材Ｓａ２に誘導電流や渦電流などが生じ、接続線Ｌａ２により形成される磁界が打ち消される。その結果、接続線Ｌａ２の周囲に漏洩磁界が形成されることが抑制される。同様に、接続線Ｌａ３は、銅やアルミニウムなどの導線を絶縁体で被覆された線材Ｗａ３から構成されている。本実施形態では、接続線Ｌａ３は、周囲に電磁遮蔽部材Ｓａ３が配設されている。つまり、接続線Ｌａ３は、内側から導線、絶縁体、電磁遮蔽部材Ｓａ３の順に層状に設けられていることとなる。この電磁遮蔽部材Ｓａ３は、銅やアルミニウムなどの導体により構成されている。これにより、接続線Ｌａ３に電流が流れたとき、電磁遮蔽部材Ｓａ３に誘導電流や渦電流などが生じ、接続線Ｌａ３により形成される磁界が打ち消される。その結果、接続線Ｌａ３の周囲に漏洩磁界が形成されることが抑制される。なお、接続線Ｌａ２，Ｌａ３の線材Ｗａ２，Ｗａ３とコイルＬｔ３，Ｌｔ４，Ｌｔ５の巻線Ｗｔ３，Ｗｔ４，Ｗｔ５は、絶縁体で被覆された同一の導線で一体的に構成してもよく、別々に構成してもよい。接続線Ｌａ２，Ｌａ３の線材Ｗａ２，Ｗａ３とコイルＬｔ３，Ｌｔ４，Ｌｔ５の巻線Ｗｔ３，Ｗｔ４，Ｗｔ５を絶縁体で被覆された同一の導線で構成する場合は、接続線Ｌａ２，Ｌａ３に相当する部分のみに電磁遮蔽部材Ｓａ２，Ｓａ３を配設すればよい。

複数の引出し線Ｌｂは、複数のコイルＬｔと外部機器を接続する機能を有する。本実施形態では、コイルＬｔ３と外部機器を接続する引出し線Ｌｂ３と、コイルＬｔ５と外部機器を接続する引出し線Ｌｂ４から構成されている。具体的には、引出し線Ｌｂ３は、一端がコイルＬｔ３の巻線Ｗｔ３の他方の端部に接続され、他端がインバータＩＮＶの出力端子に接続されている。同様に、引出し線Ｌｂ４は、一端がコイルＬｔ５の巻線Ｗｔ５の他方の端部に接続され、他端がインバータＩＮＶの出力端子に接続されている。つまり、引出し線Ｌｂ３，Ｌｂ４は、コイルＬｔ３，Ｌｔ５とインバータＩＮＶを電気的に接続する役割を果たすこととなる。この引出し線Ｌｂ３，Ｌｂ４は、それぞれ銅やアルミニウムなどの導線を絶縁体で被覆された線材Ｗｂ３，Ｗｂ４から構成されている。本実施形態では、引出し線Ｌｂ３，Ｌｂ４は、周囲に電磁遮蔽部材Ｓｂ３，Ｓｂ４が配設されている。つまり、引出し線Ｌｂ３は、内側から導線、絶縁体、電磁遮蔽部材Ｓｂ３の順に層状に設けられ、引出し線Ｌｂ４は、内側から導線、絶縁体、電磁遮蔽部材Ｓｂ４の順に層状に設けられていることとなる。この電磁遮蔽部材Ｓｂ３，Ｓｂ４は、銅やアルミニウムなどの導体により構成されている。これにより、引き出線Ｌｂ３，Ｌｂ４に電流が流れたとき、電磁遮蔽部材Ｓｂ３，Ｓｂ４に誘導電流や渦電流などが生じ、引出し線Ｌｂ３，Ｌｂ４により形成される磁界が打ち消される。その結果、引き出線Ｌｂ３，Ｌｂ４の周囲に漏洩磁界が形成されることが抑制される。なお、引出し線Ｌｂ３，Ｌｂ４の線材Ｗｂ３，Ｗｂ４とコイルＬｔ３，Ｌｔ４，Ｌｔ５の巻線Ｗｔ３，Ｗｔ４，Ｗｔ５は、絶縁体で被覆された同一の導線で一体的に構成してもよく、別々に構成してもよい。引出し線Ｌｂ３，Ｌｂ４の線材Ｗｂ３，Ｗｂ４とコイルＬｔ３，Ｌｔ４，Ｌｔ５の巻線Ｗｔ３，Ｗｔ４，Ｗｔ５を絶縁体で被覆された同一の導線で構成する場合は、引出し線Ｌｂ３，Ｌｂ４に相当する部分のみに電磁遮蔽部材Ｓｂ３，Ｓｂ４を配設すればよい。

複数の絶縁部材Ｉは、接続線Ｌａ２と磁性コアＣｔ２との間であって接続線Ｌａ２の延在方向に沿って配置される絶縁部材Ｉａ２と、接続線Ｌａ３と磁性コアＣｔ２との間であって接続線Ｌａ２の延在方向に沿って配置される絶縁部材Ｉａ３と、引出し線Ｌｂ３と磁性コアＣｔ２との間であって引出し線Ｌｂ３の延在方向に沿って配置される絶縁部材Ｉｂ３と、引出し線Ｌｂ４と磁性コアＣｔ２との間であって引出し線Ｌｂ４の延在方向に沿って配置される絶縁部材Ｉｂ４と、を有する。絶縁部材Ｉａ２，Ｉａ３は、接続線Ｌａ２，Ｌａ３の電磁遮蔽部材Ｓａ２，Ｓａ３と磁性コアＣｔ２との電位を区別し、電磁遮蔽部材Ｓａ２，Ｓａ３と磁性コアＣｔ２との間の放電を防ぐ役割を果たす。これにより、接続線Ｌａ２，Ｌａ３の周囲に発生する磁界が電磁遮蔽部材Ｓａ２，Ｓａ３の誘導電流や渦電流などで打ち消され、電磁遮蔽部材Ｓａ２，Ｓａ３の外部に漏れることがより確実に抑制される。絶縁部材Ｉｂ３，Ｉｂ４は、引き出線Ｌｂ３３，Ｌｂ４の電磁遮蔽部材Ｓｂ３，Ｓｂ４と磁性コアＣｔ２との電位を区別し、電磁遮蔽部材Ｓｂ３，Ｓｂ４と磁性コアＣｔ２との間の放電を防ぐ役割を果たす。これにより、引き出線Ｌｂ３，Ｌｂ４の周囲に発生する磁界が電磁遮蔽部材Ｓｂ３，Ｓｂ４の誘導電流や渦電流などで打ち消され、電磁遮蔽部材Ｓｂ３，Ｓ４の外部に漏れることがより確実に抑制される。

続いて、本実施形態におけるワイヤレス電力伝送と漏洩磁界低減の原理について説明する。コイルユニットＬｔｕ２がインバータＩＮＶから電力を供給され、コイルＬｔ３，Ｌｔ４，Ｌｔ５に電流が流れたとき、コイルＬｔ３，Ｌｔ４，Ｌｔ５の周囲には磁界が形成される。ここで、コイルＬｔ３の巻線Ｗｔ３の巻回方向とコイルＬｔ４の巻線Ｗｔ４の巻回方向は互いに逆向きであり、コイルＬｔ５の巻線Ｗｔ５の巻回方向とコイルＬｔ４の巻線Ｗｔ４の巻回方向は互いに逆向きであるため、コイルＬｔ３およびコイルＬｔ５が発生する磁界は、コイルＬｔ４が発生する磁界と逆向きとなる。その結果、コイルＬｔ４は磁性コアＣｔ２を通過しつつ、コイルＬｔ４を鎖交する磁束を発生する。この磁束が受電コイルＬｒにも鎖交することで、受電コイルＬｒに起電力が生じる。そして、受電コイルＬｒに生じた起電力は整流回路ＤＢで整流され負荷Ｒに供給される。なお、コイルＬｔ３およびコイルＬｔ５によって形成される磁界の一部は、コイルＬｔ４によってコイルＬｔ４と受電コイルＬｒとの間に形成される磁界を強め、コイルＬｔ４によってコイルＬｔ４から離れた位置に形成される磁界を弱める。すなわち、コイルＬｔ３およびコイルＬｔ５は、不要な漏洩磁界を低減するコイルとして機能する。

このとき、コイルユニットＬｔｕ２において、接続線Ｌａ２，Ｌａ３および引出し線Ｌｂ３，Ｌｂ４にも電流が流れ、接続線Ｌａ２，Ｌａ３および引出し線Ｌｂ３，Ｌｂ４の周囲にも磁界が形成されることとなる。しかし、これらの磁界によって生じる磁束は、接続線Ｌａ２，Ｌａ３および引出し線Ｌｂ３，Ｌｂ４の周りを周回する磁束であり、接続線Ｌａ２，Ｌａ３および引出し線Ｌｂ３，Ｌｂ４は、コイルＬｔ３，Ｌｔ４，Ｌｔ５の巻線Ｗｔ３，Ｗｔ４，Ｗｔ５と直交する方向であるため、接続線Ｌａ２，Ｌａ３および引出し線Ｌｂ３，Ｌｂ４によって発生する磁束は受電コイルＬｒには鎖交しない。つまり、接続線Ｌａ２，Ｌａ３および引出し線Ｌｂ３，Ｌｂ４に流れる電流によって形成される磁界は、ワイヤレス電力伝送には寄与しない漏洩磁界となる。本実施形態では、接続線Ｌａ２，Ｌａ３の周囲に電磁遮蔽部材Ｓａ２，Ｓａ３が配設されているため、接続線Ｌａ２，Ｌａ３に電流が流れたとき、電磁遮蔽部材Ｓａ２，Ｓａ３に誘導電流や渦電流などが生じ、接続線Ｌａ２，Ｌａ３により形成される磁界が打ち消される。その結果、接続線Ｌａ２，Ｌａ３の周囲に漏洩磁界が形成されることが抑制される。また、本実施形態では、引き出線Ｌｂ３，Ｌｂ４の周囲に電磁遮蔽部材Ｓｂ３，Ｓｂ４が配設されているため、引き出線Ｌｂ３，Ｌｂ４に電流が流れたとき、電磁遮蔽部材Ｓｂ３，Ｓｂ４に誘導電流や渦電流などが生じ、引き出線Ｌｂ３，Ｌｂ４により形成される磁界が打ち消される。その結果、引き出線Ｌｂ３，Ｌｂ４の周囲に漏洩磁界が形成されることが抑制される。

以上のように、本実施形態に係るコイルユニットＬｔｕ２は、複数のコイルＬｔと、複数のコイルＬｔ同士を電気的に接続する、接続線Ｌａ２，Ｌａ３を備え、接続線Ｌａ２，Ｌａ３は、周囲に電磁遮蔽部材Ｓａ２，Ｓａ３が配設されている。そのため、電磁遮蔽部材Ｓａ２，Ｓａ３により、接続線Ｌａ２，Ｌａ３に電流が流れたときに、接続線Ｌａ２，Ｌａ３の周囲に発生する磁界は、外部に漏れることが抑制される。その結果、コイルＬｔ３，Ｌｔ４，Ｌｔ５以外の部分に起因する不要な漏洩磁界を低減することができる。

また、本実施形態に係るコイルユニットＬｔｕ２においては、複数のコイルＬｔを外部機器と接続する、絶縁体で被覆された引出し線Ｌｂ３，Ｌｂ４をさらに備え、引出し線Ｌｂ３，Ｌｂ４は、周囲に電磁遮蔽部材Ｓｂ３，Ｓｂ４が配設されている。そのため、引出し線Ｌｂ３，Ｌｂ４に電流が流れることにより引出し線Ｌｂ３，Ｌｂ４の周囲に発生する磁界は、電磁遮蔽部材Ｓｂ１，Ｓｂ２により、外部に漏れることが抑制される。その結果、コイルユニットＬｔｕ２のコイルＬｔ３，Ｌｔ４，Ｌｔ５以外の部分に起因する不要な漏洩磁界をより一層低減することができる。

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…ワイヤレス電力伝送システム、Ｌｔｕ１，Ｌｔｕ２…コイルユニット、Ｃｔ１，Ｃｔ２…磁性コア、Ｌｔ…複数のコイル、Ｌｔ１〜Ｌｔ５…コイル、Ｗｔ１〜Ｗｔ５…巻線、Ｌａ…複数の接続線、Ｌａ１〜Ｌａ３…接続線、Ｌｂ…複数の引出し線、Ｌｂ１〜Ｌｂ４…引出し線、Ｗａ１〜Ｗａ３，Ｗｂ１〜Ｗｂ４…線材、Ｓａ１〜Ｓａ３，Ｓｂ１〜Ｓｂ４…電磁遮蔽部材、Ｉ…複数の絶縁部材、Ｉａ１〜Ｉａ３，Ｉｂ１〜Ｉｂ４…絶縁部材、ＰＷ…電源、ＩＮＶ…インバータ、Ｌｒ…受電コイル、Ｃｒ…磁性コア、Ｗｒ…巻線、ＤＢ…整流回路、Ｒ…負荷。

Claims (2)

1. ワイヤレス電力伝送を行うためのコイルユニットであって、
   互いに離間して配置された複数のコイルと、
   前記複数のコイル同士を電気的に接続する、絶縁体で被覆された接続線と、を備え、
   前記接続線は、周囲に電磁遮蔽部材が配設されていることを特徴とするコイルユニット。
2. 前記複数のコイルを外部機器と接続する、絶縁体で被覆された引出し線をさらに備え、
   前記引出し線は、周囲に電磁遮蔽部材が配設されていることを特徴とする請求項１に記載のコイルユニット。

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