JP2023105667A - 非接触給電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁性体の効果が小さくなることを抑制することができる非接触給電装置を提供すること。【解決手段】送電コイルから受電コイルに非接触で給電する非接触給電装置であって、受電コイルは、巻き回し軸線の周囲を囲むように巻き線を巻き回して形成されており、巻き回し軸線と交差するように、受電コイルに対して送電コイル側とは反対側に配置された第１磁性体と、受電コイル及び第１磁性体とは非接触で配置され、且つ、巻き回し軸線と直交する方向で、受電コイルの内周と外周との間のコイル幅の半分の位置よりも外側に受電コイルに対して配置された第２磁性体と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、非接触給電装置に関する。

特許文献１には、非接触給電装置において、送電コイルと受電コイルとがスパイラルコイルで、受電コイルが直接的または間接的に金属製部材に取り付けられており、金属製部材の表面の、受電コイルの取り付け位置を中心とする一定の範囲に非導電性磁性薄膜が形成されており、非導電性磁性薄膜の形状が送電コイルの形状を車幅方向へ引き延ばした形状とした技術が開示されている。

特開２０１７－０７６６５３号公報

磁性体薄膜がコイルの背面でコイルを覆うように配置されていると、磁束密度が高くなり、磁性体の効果が小さくなる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、磁性体の効果が小さくなることを抑制することができる非接触給電装置を提供することである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る非接触給電装置は、送電コイルから受電コイルに非接触で給電する非接触給電装置であって、前記受電コイルは、巻き回し軸線の周囲を囲むように巻き線を巻き回して形成されており、前記巻き回し軸線と交差するように、前記受電コイルに対して前記送電コイル側とは反対側に配置された第１磁性体と、前記受電コイル及び前記第１磁性体とは非接触で配置され、且つ、前記巻き回し軸線と直交する方向で、前記受電コイルの内周と外周との間のコイル幅の半分の位置よりも外側に前記受電コイルに対して配置された第２磁性体と、を備えることを特徴とするものである。

これにより、第２磁性体が無い場合よりもコイル間の伝送効率を向上させつつ、第２磁性体の磁束密度を低減させることができ、磁性体の効果が小さくなることを抑制することができる。

また、上記において、前記第２磁性体は、前記第１磁性体に対して前記受電コイル側とは反対側に配置されていてもよい。

これにより、第１磁性体に対して受電コイル側とは反対側に第２磁性体を配置した構成で、磁性体の効果が小さくなることを抑制することができる。

また、上記において、前記第２磁性体は、前記受電コイルに対して前記第１磁性体側とは反対側に配置されていてもよい。

これにより、受電コイルに対して第１磁性体側とは反対側に第２磁性体を配置した構成で、磁性体の効果が小さくなることを抑制することができる。

また、上記において、前記巻き回し軸線と同方向に延在し、一端部が前記第１磁性体と接触または非接触で、他端部が前記第２磁性体と非接触で配置された中継磁性体を備えるようにしてもよい。

これにより、中継磁性体が無い場合よりも、第２磁性体の最大磁束密度を、より低減させることができる。

また、上記において、前記巻き回し軸線と直交する方向で、前記中継磁性体の前記他端部から前記第２磁性体に沿って伸長する伸長部を有するようにしてもよい。

これにより、伸長部が無い場合よりも、コイル間の伝送効率が向上するとともに、第２磁性体の最大磁束密度を低減させることができる。

本発明に係る非接触給電装置は、磁性体の効果が小さくなることを抑制することができるという効果を奏する。

図１は、実施形態１に係る非接触給電装置の概略構成を示した図である。 図２は、非接触受電装置と非接触送電装置とを示した図である。 図３（ａ）は、受電コイルの下面視を示した図である。図３（ｂ）は、受電コイルの上面視を示した図である。 図４（ａ）は、受電コイルに対して１００［％］のオーバーラップ率で第２磁性体を配置した場合を示した図である。図４（ｂ）は、受電コイルに対して５０［％］のオーバーラップ率で第２磁性体を配置した場合を示した図である。図４（ｃ）は、受電コイルに対して０［％］のオーバーラップ率で第２磁性体を配置した場合を示した図である。 図５は、受電コイルに対する第２磁性体のオーバーラップ率と、コイル間の伝送効率との関係を示したグラフである。 図６は、受電コイルに対する第２磁性体のオーバーラップ率と、第２磁性体の最大磁束密度との関係を示したグラフである。 図７は、実施形態２に係る非接触受電装置と非接触送電装置とを示した図である。 図８は、受電コイルの端部と第２磁性体の端部との位置関係を説明するための図である。 図９は、第２磁性体の端部位置と磁束密度との関係を示したグラフである。 図１０は、第２磁性体の端部位置と伝送効率との関係を示したグラフである。 図１１は、第１磁性体と第２磁性体との間に中継磁性体を設けた場合を示した図である。 図１２は、中継磁性体の有無と、コイル間の伝送効率との関係を示したグラフである。 図１３は、中継磁性体の有無と、第２磁性体の最大磁束密度との関係を示したグラフである。 図１４は、受電コイルの端部と第２磁性体の端部と中継磁性体の端部との位置関係を説明するための図である。 図１５は、第２磁性体の端部位置と、コイル間の伝送効率との関係を示したグラフである。 図１６は、第２磁性体の端部位置と、第２磁性体の最大磁束密度との関係を示したグラフである。 図１７は、中継磁性体を第２磁性体に沿って伸長させた場合を示した図である。 図１８（ａ）は、径方向で伸長部の第２磁性体に沿った伸長量が０［ｍｍ］の場合を示した図である。図１８（ｂ）は、径方向で伸長部の第２磁性体に沿った伸長量が２０［ｍｍ］の場合を示した図である。図１８（ｃ）は、径方向で伸長部の第２磁性体に沿った伸長量が４０［ｍｍ］の場合を示した図である。 図１９は、径方向で伸長部の第２磁性体に沿った伸長量と、コイル間の伝送効率との関係を示したグラフである。 図２０は、径方向で伸長部の第２磁性体に沿った伸長量と、第２磁性体の最大磁束密度との関係を示したグラフである。 図２１（ａ）は、第２磁性体に対する伸長部のオーバーラップ量が０［ｍｍ］の場合を示した図である。図２１（ｂ）は、第２磁性体に対する伸長部のオーバーラップ量が２０［ｍｍ］の場合を示した図である。図２１（ｃ）は、第２磁性体に対する伸長部のオーバーラップ量が４０［ｍｍ］の場合を示した図である。図２１（ｄ）は、第２磁性体に対する伸長部のオーバーラップ量が６０［ｍｍ］の場合を示した図である。図２１（ｅ）は、第２磁性体に対する伸長部のオーバーラップ量が８０［ｍｍ］の場合を示した図である。 図２２は、第２磁性体に対する伸長部のオーバーラップ量と、第２磁性体の最大磁束密度との関係を示したグラフである。 図２３は、第２磁性体に対する伸長部のオーバーラップ量と、コイル間の伝送効率との関係を示したグラフである。 図２４（ａ）は、第１磁性体の対向する二辺に対応させて第２磁性体を設けた場合を示した図である。図２４（ｂ）は、第１磁性体の四辺に対応させて第２磁性体を設けた場合を示した図である。図２４（ｃ）は、第１磁性体の対向する二辺に対応させて、第１磁性体の辺の長さよりも長い第２磁性体を設けた場合を示した図である。図２４（ｄ）は、第１磁性体の周りを囲むように第２磁性体を設けた場合を示した図である。 図２５（ａ）は、口型の第２磁性体を５０［％］伸長で設けた場合を示した図である。図２５（ｂ）は、口型の第２磁性体を１００［％］伸長で設けた場合を示した図である。図２５（ｃ）は、口型の第２磁性体を２００［％］伸長で設けた場合を示した図である。 図２６（ａ）は、十型の第２磁性体を５０［％］伸長で設けた場合を示した図である。図２６（ｂ）は、十型の第２磁性体を１００［％］伸長で設けた場合を示した図である。図２６（ｃ）は、十型の第２磁性体を２００［％］伸長で設けた場合を示した図である。 図２７（ａ）は、Ｉ型の第２磁性体を５０［％］伸長で設けた場合を示した図である。図２７（ｂ）は、Ｉ型の第２磁性体を１００［％］伸長で設けた場合を示した図である。図２７（ｃ）は、Ｉ型の第２磁性体を２００［％］伸長で設けた場合を示した図である。 図２８（ａ）は、工型の第２磁性体を５０［％］伸長で設けた場合を示した図である。図２８（ｂ）は、工型の第２磁性体を１００［％］伸長で設けた場合を示した図である。図２８（ｃ）は、工型の第２磁性体を２００［％］伸長で設けた場合を示した図である。 図２９は、送電コイルに対する受電コイルユニットの位置ずれ条件の一部を示した図である。 図３０は、第２磁性体の伸長割合と平均伝送効率との関係を示したグラフである。 図３１は、第２磁性体の面積と平均伝送効率との関係を示したグラフである。

（実施形態１）
以下に、本発明に係る非接触給電装置の実施形態１について説明する。なお、本実施形態により本発明が限定されるものではない。

図１は、実施形態１に係る非接触給電装置１０の概略構成を示した図である。実施形態１に係る非接触給電装置１０は、モータジェネレータ２及びバッテリ３を搭載した車両１に設けられた、車両側コイルである受電コイル４１を有する非接触受電装置４と、車両１が走行可能な走行路である道路６に車両進行方向に沿って複数設置された、地上側コイルである送電コイル５１を有する非接触送電装置５とによって構成されている。なお、非接触受電装置４及び非接触送電装置５の基本的な構成としては、周知の構成を採用することができる。非接触受電装置４は、送電コイル５１を有する非接触送電装置５の送電コイル５２から送電（供給）される電力を、受電コイル４１によって非接触で受電することができる。そして、非接触送電装置５から非接触受電装置４が受電した電力は、モータジェネレータ２及びバッテリ３に供給される。

図２は、図２は、非接触受電装置４と非接触送電装置５とを示した図である。図３（ａ）は、受電コイル４１の下面視を示した図である。図３（ｂ）は、受電コイル４１の上面視を示した図である。

非接触受電装置４は、図２、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、巻き回し型の受電コイル４１、第１磁性体４２、及び、第２磁性体４３などを有している。また、本実施形態においては、少なくとも、受電コイル４１、第１磁性体４２、及び、第２磁性体４３によって受電コイルユニットが構成されている。

本実施形態において、受電コイル４１は、巻き回し軸線ＡＸの周囲を囲むように巻き線を同一平面上で正方形状に巻き回すことにより形成された平板状の渦巻きコイルであり、巻き線により囲まれた空芯部を有する。なお、図２中の「径方向」は、巻き線を巻き回して形成された渦巻きコイルである受電コイル４１の径方向を示している。また、図２中の「軸線方向」は、受電コイル４１の巻き回し軸線の延びる方向を示している。そして、以下の説明おいて、特に断りのない限り、「径方向」は受電コイル４１の径方向とし、「軸線方向」は受電コイル４１の巻き回し軸線の延びる方向とする。

第１磁性体４２は、例えば、フェライトなどの強磁性体により形成された板状のベースコアであって正方形状を有する。第１磁性体４２は、巻き回し軸線ＡＸと交差するように、軸線方向で受電コイル４１の上面側（受電コイル４１に対して送電コイル５１側とは反対側）に、少なくとも受電コイル４１の投影面上に位置する（少なくとも受電コイル４１を覆う）ように配置されている。また、受電コイル４１と第１磁性体４２とは、空隙または樹脂を介して直接接触しないように配置されている。

第２磁性体４３は、例えば、フェライトなどの強磁性体により形成された板状の複数の部材により構成された追加コアである。第２磁性体４３は、軸線方向で第１磁性体４２に対して受電コイル４１側とは反対側（第１磁性体４２の上面側）に、空隙または樹脂を介して受電コイル４１及び第１磁性体４２と直接接触しないように配置されている。また、第２磁性体４３は、正方形状の受電コイル４１における一辺の径方向の幅（太さ）をｗとしたとき、径方向で受電コイル４１における一辺の幅半分ｗ／２の位置よりも径方向外側に位置するように配置されている。言い換えると、第２磁性体４３は、受電コイル４１及び第１磁性体４２とは非接触で配置され、且つ、巻き回し軸線ＡＸと直交する方向で、受電コイル４１の内周と外周との間のコイル幅の半分の位置よりも外側に受電コイル４１に対して配置されている。なお、受電コイル４１の一辺の幅半分ｗ／２の位置よりも径方向内側は、前記空芯部も含めて第２磁性体４３を配置してはいけない禁止領域となっている。

非接触送電装置５は、図２に示すように、巻き回し型の送電コイル５１などを有している。本実施形態において、送電コイル５１は、巻き線を同一平面上で正方形状に巻き回すことにより形成された平板状の渦巻きコイルであり、巻き線により囲まれた空芯部を有する。また、送電コイル５１の平面方向の大きさは、受電コイル４１の平面方向の大きさよりも大きい。

図４（ａ）は、受電コイル４１に対して１００［％］のオーバーラップ率で第２磁性体４３を配置した場合を示した図である。図４（ｂ）は、受電コイル４１に対して５０［％］のオーバーラップ率で第２磁性体４３を配置した場合を示した図である。図４（ｃ）は、受電コイル４１に対して０［％］のオーバーラップ率で第２磁性体４３を配置した場合を示した図である。なお、受電コイル４１に対する第２磁性体４３のオーバーラップ率とは、径方向で受電コイル４１における一辺を第２磁性体４３が覆っている割合を表している。例えば、オーバータップ率が１００［％］とは、図４（ａ）に示すように、径方向で受電コイル４１における一辺の全てを第２磁性体４３が覆っている状態を表している。また、オーバーラップ率が５０［％］とは、図４（ｂ）に示すように、径方向で受電コイル４１における一辺の外側から幅半分の位置までを第２磁性体４３が覆っている状態を表している。また、オーバーラップ率が０［％］とは、図４（ｂ）に示すように、径方向で受電コイル４１における一辺を第２磁性体４３が覆っておらず、受電コイル４１の端面と第２磁性体４３の端面とが径方向で同じ位置に位置する状態を表している。

図５は、受電コイル４１に対する第２磁性体４３のオーバーラップ率と、コイル間の伝送効率との関係を示したグラフである。図６は、受電コイル４１に対する第２磁性体４３のオーバーラップ率と、第２磁性体４３の最大磁束密度との関係を示したグラフである。なお、解析条件としては、第１磁性体４２の厚みを５［ｍｍ］とし、第２磁性体４３の厚みを１［ｍｍ］としている。

図５に示すように、受電コイル４１に対する第２磁性体４３のオーバーラップ率と、コイル間（送電コイル５１と受電コイル４１との間）の伝送効率との関係は、第２磁性体４３が有ることによって、オーバーラップ率によらず第２磁性体４３が無い場合よりもコイル間の伝送効率が向上し、その伝送効率はオーバーラップ率によらず同等であることがわかる。

また、図６に示すように、受電コイル４１に対する第２磁性体４３のオーバーラップ率と、第２磁性体４３の最大磁束密度との関係は、オーバーラップ率が５０［％］よりも小さいと第２磁性体４３の最大磁束密度を低減させることができ、オーバーラップ率が０［％］では第２磁性体４３の最大磁束密度を１５［％］低減させることができるのがわかる。

よって、実施形態に係る非接触給電装置１０においては、径方向で受電コイル４１における一辺の幅半分の位置よりも外側に位置するように、言い換えると、受電コイル４１に対する第２磁性体４３のオーバーラップ率が５０［％］よりも小さくなるように、第２磁性体４３を配置している。これにより、第２磁性体４３が無い場合よりもコイル間の伝送効率を向上させつつ、第２磁性体４３の磁束密度を低減させることができ、磁性体の効果が小さくなることを抑制することができる。

（実施形態２）
次に、本発明に係る非接触給電装置の実施形態２について説明する。なお、実施形態２に係る非接触給電装置１０において、実施形態１と同様の部分については説明を適宜省略する。

図７は、実施形態２に係る非接触受電装置４と非接触送電装置５とを示した図である。

実施形態２に係る非接触給電装置１０においては、図７に示すように、軸線方向で受電コイル４１の上面側に第１磁性体４２が配置されており、軸線方向で受電コイル４１の下面側（受電コイル４１に対して第１磁性体４２側とは反対側）に第２磁性体４３が配置されている。第２磁性体４３は、空隙または樹脂を介して受電コイル４１及び第１磁性体４２と直接接触しないように設けられている。また、本実施形態において、第２磁性体４３は、径方向で受電コイル４１における一辺を覆わずに（受電コイル４１の投影面上を外して）、受電コイル４１の端面と第２磁性体４３の端面とが径方向で同じ位置に位置する状態、すなわち、オーバーラップ率が０［％］の状態で配置されている。

図８は、受電コイル４１の端部と第２磁性体４３の端部との位置関係を説明するための図である。図９は、第２磁性体４３の端部位置と磁束密度との関係を示したグラフである。図１０は、第２磁性体４３の端部位置と伝送効率との関係を示したグラフである。

本実施形態においては、図８に示すように、受電コイル４１の端面の位置を基準０［ｍｍ］とし、径方向で受電コイル４１の端面よりも受電コイル４１から遠ざかる側を正側とし、径方向で受電コイル４１の端面よりも受電コイル４１に近づく側を負側としている。そして、本実施形態では、受電コイル４１の端面から第２磁性体４３の端面がどれだけ離れた距離にあるかによって、第２磁性体４３の端部位置を規定している。そして、ここでは、径方向で受電コイル４１における一辺の幅ｗを４０［ｍｍ］としたとき、径方向で基準０［ｍｍ］から負側へ２０［ｍｍ］（－２０［ｍｍ］）の位置が、径方向で受電コイル４１における一辺の幅半分の位置となる。

図９及び図１０に示すように、第２磁性体４３の端部位置が負側に位置し、径方向で受電コイル４１における一辺の幅半分の位置（－２０［ｍｍ］）よりも、さらに負側に第２磁性体４３の端部位置が位置すると、急激に第２磁性体４３の磁束密度が上昇し、且つ、コイル間の伝送効率が下がることがわかる。

よって、実施形態２に係る非接触給電装置１０のように、第２磁性体４３を受電コイル４１の下面側に配置した構成であっても、径方向で受電コイル４１における一辺の幅半分の位置よりも外側に、第２磁性体４３の端部を位置させることによって、第２磁性体４３が無い場合よりもコイル間の伝送効率を向上させつつ、第２磁性体４３の磁束密度を低減させることができ、磁性体の効果が小さくなることを抑制することができる。

（実施形態３）
次に、本発明に係る非接触給電装置１０の実施形態３について説明する。なお、実施形態３に係る非接触給電装置１０において、実施形態１及び２と同様の部分については説明を適宜省略する。

図１１は、第１磁性体４２と第２磁性体４３との間に中継磁性体４４を設けた場合を示した図である。

実施形態３に係る非接触給電装置１０の非接触受電装置４においては、図１１に示すように、軸線方向で受電コイル４１の上面側に第１磁性体４２が配置されており、軸線方向で受電コイル４１の下面側（受電コイル４１に対して第１磁性体４２側とは反対側）に第２磁性体４３が配置されている。第２磁性体４３は、径方向で受電コイル４１における一辺を覆わずに（受電コイル４１の投影面上を外して）、受電コイル４１の端面と第２磁性体４３の端面とが径方向で同じ位置に位置する状態、すなわち、オーバーラップ率が０［％］の状態で配置されている。

また、本実施形態においては、軸線方向（巻き回し軸線ＡＸと同方向）に延在しており、第１磁性体４２の端面と一端部の側面が接触し、他端部の端面が第２磁性体４３と対向する板状の中継磁性体４４が設けられている。中継磁性体４４は、空隙または樹脂を介して第２磁性体４３と直接接触しないように配置されている。なお、中継磁性体４４は、第１磁性体４２に対して接触していても良いし、離れていても良い。また、実施形態３に係る非接触給電装置１０では、少なくとも、受電コイル４１と第１磁性体４２と第２磁性体４３と中継磁性体４４とによって受電コイルユニットが構成されている。

図１２は、中継磁性体４４の有無と、コイル間の伝送効率との関係を示したグラフである。図１２に示すように、中継磁性体４４が有る場合のほうが、中継磁性体４４が無い場合よりもコイル間の伝送効率が向上することがわかる。

図１３は、中継磁性体４４の有無と、第２磁性体４３の最大磁束密度との関係を示したグラフである。図１３に示すように、第２磁性体４３の最大磁束密度は、中継磁性体４４が有る場合のほうが、中継磁性体４４が無い場合よりも低減することがわかる。

よって、実施形態３に係る非接触給電装置１０においては、第１磁性体４２と第２磁性体４３とに加えて中継磁性体４４を設けることにより、中継磁性体４４を設けない場合よりもコイル間の伝送効率を向上させつつ、第２磁性体４３の最大磁束密度を低減させることができ、磁性体の効果が小さくなることを抑制することができる。

図１４は、受電コイル４１の端部と第２磁性体４３の端部と中継磁性体４４の端部との位置関係を説明するための図である。

本実施形態においては、図１４に示すように、受電コイル４１の端面の位置を基準０［ｍｍ］とし、径方向で受電コイル４１の端面よりも受電コイル４１から遠ざかる側を正側とし、径方向で受電コイル４１の端面よりも受電コイル４１に近づく側を負側としている。そして、本実施形態では、受電コイル４１の端面から第２磁性体４３の端面がどれだけ離れた距離にあるかによって、第２磁性体４３の端部位置を規定している。そして、ここでは、径方向で受電コイル４１における一辺の幅ｗを４０［ｍｍ］としたとき、径方向で基準０［ｍｍ］から負側へ２０［ｍｍ］（－２０［ｍｍ］）の位置が、径方向で受電コイル４１における一辺の幅半分の位置となる。また、第１磁性体４２の端面が、径方向で基準０［ｍｍ］から正側へ１０［ｍｍ］（＋１０［ｍｍ］）の位置に位置している。また、この第１磁性体４２の端面と接触して設けられた中継磁性体４４の端部位置は、径方向で基準０［ｍｍ］から正側へ１５［ｍｍ］（＋１５［ｍｍ］）の位置に位置している。

図１５は、第２磁性体４３の端部位置と、コイル間の伝送効率との関係を示したグラフである。図１６は、第２磁性体４３の端部位置と、第２磁性体４３の最大磁束密度との関係を示したグラフである。

図１５及び図１６に示すように、第２磁性体４３の端部位置を中継磁性体４４の端部位置よりも正側（径方向で外側）に位置させることによって、コイル間の伝送効率は若干下がるが、第２磁性体４３の最大磁束密度を、より低減させることができるのがわかる。

（実施形態４）
次に、本発明に係る非接触給電装置１０の実施形態４について説明する。なお、実施形態４に係る非接触給電装置１０において、実施形態１、２及び３と同様の部分については説明を適宜省略する。

図１７は、中継磁性体４４を第２磁性体４３に沿って伸長させた場合を示した図である。

実施形態４に係る非接触給電装置１０においては、図１７に示すように、第２磁性体４３が軸線方向で受電コイル４１に対して送電コイル５１側に配置されている。また、第１磁性体４２は、軸線方向で受電コイル４１に対して送電コイル５１側とは反対側に配置されている。また、第２磁性体４３は、受電コイル４１に対してオーバーラップせずに配置、言い換えると、受電コイル４１の投影面上を外して第２磁性体４３が配置されている。

また、実施形態４に係る非接触給電装置１０においては、軸線方向で第１磁性体４２と第２磁性体４３との間に、第１磁性体４２と第２磁性体４３とを中継する中継磁性体４４を備えている。中継磁性体４４は、空隙または樹脂を介して、受電コイル４１と直接接触しないように配置されている。さらに、中継磁性体４４は、空隙または樹脂を介して、第２磁性体４３と直接接触しないように配置されている。例えば、中継磁性体４４と第２磁性体４３との接触の有無以外の条件を同じにして解析を行った結果、中継磁性体４４と第２磁性体４３とを直接接触させた場合には、磁束密度が３００［ｍＴ］となり、中継磁性体４４と第２磁性体４３とを接触させない場合には、磁束密度が１９９［ｍＴ］となった。なお、第１磁性体４２と中継磁性体４４とは、接触しても良いし、離れていても良い。

また、実施形態４に係る非接触給電装置１０においては、図１７に示すように、中継磁性体４４の第２磁性体４３側の端部から、径方向で第２磁性体４３に沿って伸長する伸長部４５を有している。なお、中継磁性体４４と伸長部４５とは、一体で形成されていても良いし、別体で形成されていてもよい。また、実施形態４に係る非接触給電装置１０では、少なくとも、受電コイル４１と第１磁性体４２と第２磁性体４３と中継磁性体４４と伸長部４５とによって受電コイルユニットが構成されている。

受電コイル４１の周辺は磁束密度が上がりやすいため、図１７に示すように、中継磁性体４４の第２磁性体４３側の端部から、径方向で伸長部４５を第２磁性体４３に沿って受電コイル４１から遠ざかる方向へ伸長させることによって、磁束密度を下げることが可能である。そのため、本実施形態では、中継磁性体４４と第２磁性体４３との位置関係を固定にした状態で、中継磁性体４４の第２磁性体４３側の端部から、径方向で伸長部４５を第２磁性体４３に沿って伸長したときにおける、磁束密度と、コイル間の伝送効率との解析を行った。

なお、径方向で伸長部４５の第２磁性体４３に沿った伸長量の条件としては、０［ｍｍ］、２０［ｍｍ］、４０［ｍｍ］、６０［ｍｍ］、８０［ｍｍ］、１００［ｍｍ］とした。また、各伸長量の条件に対し、軸線方向での中継磁性体４４（伸長部４５）と第２磁性体４３との間の隙間（ＧＡＰ）の大きさの条件として、１［ｍｍ］、２［ｍｍ］、３［ｍｍ］、４［ｍｍ］、５［ｍｍ］とした。

図１８（ａ）は、径方向で伸長部４５の第２磁性体４３に沿った伸長量が０［ｍｍ］の場合を示した図である。図１８（ｂ）は、径方向で伸長部４５の第２磁性体４３に沿った伸長量が２０［ｍｍ］の場合を示した図である。図１８（ｃ）は、径方向で伸長部４５の第２磁性体４３に沿った伸長量が４０［ｍｍ］の場合を示した図である。

図１９は、径方向で伸長部４５の第２磁性体４３に沿った伸長量と、コイル間の伝送効率との関係を示したグラフである。図２０は、径方向で伸長部４５の第２磁性体４３に沿った伸長量と、第２磁性体４３の最大磁束密度との関係を示したグラフである。

図１９及び図２０に示すように、中継磁性体４４と第２磁性体４３との間の隙間（ＧＡＰ）の大きさによらず、径方向で伸長部４５の第２磁性体４３に沿った伸長量が大きくなるほど、コイル間の伝送効率が向上するとともに、第２磁性体４３の最大磁束密度が低減することがわかる。

また、本実施形態では、中継磁性体４４の側面から径方向で２０［ｍｍ］離れた位置で、中継磁性体４４の端部と第２磁性体４３の端部との位置を一致させた点を０と置き、第２磁性体４３の位置を固定したまま、径方向で伸長部４５を第２磁性体４３に沿って伸長していき、第２磁性体４３に対する伸長部４５のオーバーラップ量に応じた、コイル間の伝送効率と、第２磁性体４３の最大磁束密度の解析を行った。

図２１（ａ）は、第２磁性体４３に対する伸長部４５のオーバーラップ量が０［ｍｍ］の場合を示した図である。図２１（ｂ）は、第２磁性体４３に対する伸長部４５のオーバーラップ量が２０［ｍｍ］の場合を示した図である。図２１（ｃ）は、第２磁性体４３に対する伸長部４５のオーバーラップ量が４０［ｍｍ］の場合を示した図である。図２１（ｄ）は、第２磁性体４３に対する伸長部４５のオーバーラップ量が６０［ｍｍ］の場合を示した図である。図２１（ｅ）は、第２磁性体４３に対する伸長部４５のオーバーラップ量が８０［ｍｍ］の場合を示した図である。

図２２は、第２磁性体４３に対する伸長部４５のオーバーラップ量と、第２磁性体４３の最大磁束密度との関係を示したグラフである。図２３は、第２磁性体４３に対する伸長部４５のオーバーラップ量と、コイル間の伝送効率との関係を示したグラフである。

図２２に示すように、軸線方向での中継磁性体４４（伸長部４５）と第２磁性体４３との間の隙間（ＧＡＰ）の大きさによらず、径方向で伸長部４５を第２磁性体４３に沿って伸長させて、一旦、第２磁性体４３に対して伸長部４５がオーバーラップすると、オーバーラップ量が２０［ｍｍ］までは、第２磁性体４３の最大磁束密度は増加する。そして、さらに径方向で伸長部４５を第２磁性体４３に沿って伸長してオーバーラップさせていき、オーバーラップ量が２０［ｍｍ］を超えると、第２磁性体４３の最大磁束密度は低減していくことがわかる。

また、図２３に示すように、軸線方向での中継磁性体４４（伸長部４５）と第２磁性体４３との間の隙間（ＧＡＰ）の大きさによらず、第２磁性体４３に対して伸長部４５をオーバーラップさせない配置（オーバーラップ量が０［ｍｍ］）に比べて、径方向で中継磁性体４４の伸長部４５を第２磁性体４３に沿って伸長し、第２磁性体４３に対して伸長部４５をオーバーラップさせるほど、コイル間の伝送効率は高くなることがわかる。

（実施形態５）
次に、本発明に係る非接触給電装置１０の実施形態５について説明する。なお、実施形態５に係る非接触給電装置１０において、実施形態１、２、３及び４と同様の部分については説明を適宜省略する。

次に、図２４（ａ）～図２４（ｄ）に示すように軸線方向で受電コイル４１の上面側に異なる形状で第２磁性体４３を設けた場合について、第２磁性体４３の最大磁束密度の解析を行った。図２４（ａ）は、第１磁性体４２の対向する二辺に対応させて第２磁性体４３を設けた場合を示した図である。図２４（ｂ）は、第１磁性体４２の四辺に対応させて第２磁性体４３を設けた場合を示した図である。図２４（ｃ）は、第１磁性体４２の対向する二辺に対応させて、第１磁性体４２の辺の長さよりも長い第２磁性体４３を設けた場合を示した図である。図２４（ｄ）は、第１磁性体４２の周りを囲むように第２磁性体４３を設けた場合を示した図である。

図２４（ａ）に示すように第１磁性体４２に対して第２磁性体４３を設けた場合には、第２磁性体４３の最大磁束密度が３４４［ｍＴ］であった。また、図２４（ｂ）に示すように第１磁性体４２に対して第２磁性体４３を設けた場合には、第２磁性体４３の最大磁束密度が２６０［ｍＴ］であった。また、図２４（ｃ）に示すように第１磁性体４２に対して第２磁性体４３を設けた場合には、第２磁性体４３の最大磁束密度が１７５４［ｍＴ］であった。また、図２４（ｄ）に示すように第１磁性体４２に対して第２磁性体４３を設けた場合には、第２磁性体４３の最大磁束密度が２６９［ｍＴ］であった。これにより、第１磁性体４２に対する第２磁性体４３の設けかたとして、図２４（ｂ）、図２４（ｄ）、図２４（ａ）、図２４（ｃ）の順で、第２磁性体４３の最大磁束密度が低くなることがわかる。また、図２４（ｂ）に示すように第１磁性体４２に対して第２磁性体４３の設けかたが、第２磁性体４３の最大磁束密度が最も低くなる設けかたであると言える。

次に、本実施形態においては、口型、十型、Ｉ型、工型のそれぞれの第２磁性体４３の形状と、第２磁性体４３のサイズとをパラメータとして条件を振って、第２磁性体４３の形状別の伝送効率向上の効果の検証を実施した。

図２５（ａ）は、口型の第２磁性体４３を５０［％］伸長で設けた場合を示した図である。図２５（ｂ）は、口型の第２磁性体４３を１００［％］伸長で設けた場合を示した図である。図２５（ｃ）は、口型の第２磁性体４３を２００［％］伸長で設けた場合を示した図である。

図２６（ａ）は、十型の第２磁性体４３を５０［％］伸長で設けた場合を示した図である。図２６（ｂ）は、十型の第２磁性体４３を１００［％］伸長で設けた場合を示した図である。図２６（ｃ）は、十型の第２磁性体４３を２００［％］伸長で設けた場合を示した図である。

図２７（ａ）は、Ｉ型の第２磁性体４３を５０［％］伸長で設けた場合を示した図である。図２７（ｂ）は、Ｉ型の第２磁性体４３を１００［％］伸長で設けた場合を示した図である。図２７（ｃ）は、Ｉ型の第２磁性体４３を２００［％］伸長で設けた場合を示した図である。

図２８（ａ）は、工型の第２磁性体４３を５０［％］伸長で設けた場合を示した図である。図２８（ｂ）は、工型の第２磁性体４３を１００［％］伸長で設けた場合を示した図である。図２８（ｃ）は、工型の第２磁性体４３を２００［％］伸長で設けた場合を示した図である。

図２５～図２８では、受電コイル４１の寸法（第１磁性体４２の寸法）を４００［ｍｍ］×４００［ｍｍ］とし、送電コイル５１の寸法を７００［ｍｍ］×７００［ｍｍ］として、受電コイル４１の端部から第２磁性体４３を伸長させて、送電コイル５１の寸法と同じ寸法になる条件を１００［％］伸長とし、１００［％］伸長の半分の長さを５０［％］伸長、１００［％］伸長の二倍の長さを２００［％］伸長とした。

図２９は、送電コイル５１に対する受電コイルユニットの位置ずれ条件の一部を示した図である。なお、図２９に示した受電コイルユニットは、少なくとも、受電コイル４１、第１磁性体４２、及び、第２磁性体４３によって構成されている。また、送電コイル５１に対する受電コイルユニットの位置ずれは、送電コイル５１の中心点Ｏ_５に対する受電コイルユニット（受電コイル４１）の中心点Ｏ_４のＸ方向とＹ方向とのずれ量である。

送電コイル５１に対する受電コイルユニットの位置ずれの解析条件として、Ｙ方向は０［ｍｍ］、１７５［ｍｍ］、３５０［ｍｍ］、Ｘ方向は０［ｍｍ］、８７．５［ｍｍ］、１７５［ｍｍ］、２６２．５［ｍｍ］、３５０［ｍｍ］を位置ずれ条件として設定し、Ｘ方向とＹ方向との位置ずれの組み合わせをそれぞれ解析し、全ての解析条件の平均値（平均伝送効率）をグラフにまとめて示した。

図３０及び図３１に解析結果を示す。図３０は、第２磁性体４３の伸長割合と平均伝送効率との関係を示したグラフである。なお、図３０中、（１）は工型の第２磁性体４３であり、（２）はＩ型の第２磁性体４３であり、（３）は十型の第２磁性体４３であり、（４）は口型の第２磁性体である。また、図３０では、横軸を第２磁性体４３の伸長割合としたときの伝送効率カーブを示している。

図３１は、第２磁性体４３の面積と平均伝送効率との関係を示したグラフである。なお、図３１中、（１）は工型の第２磁性体４３であり、（２）はＩ型の第２磁性体４３であり、（３）は十型の第２磁性体４３であり、（４）は口型の第２磁性体である。また、図３１では、横軸を第２磁性体４３の面積としたときの伝送効率カーブを示している。

図３０から分かるように、第２磁性体４３の形状が口型の場合に伸長割合に対して最も平均伝送効率が良くなり、十型、工型、Ｉ型と続く結果となった。また、伸長割合＝受電コイルユニットの１辺の長さとも言えるため、車両１へ搭載する際に受電コイルユニットの１辺の長さが取れない条件下では、口型が好適な形状と言える。

また、図３１から分かるように、第２磁性体４３の形状が口型の場合に解析条件上（伸長割合～２２５［％］）では到達する伝送効率が最も高いが、同様に第２磁性体４３の面積も必要となる。そのため、車両１に搭載する際の受電コイルユニットのサイズに余裕があるのであれば、第２磁性体４３の形状として、十型、Ｉ型、工型、特にＩ型及び工型は効果的であると言える。

１ 車両
２ モータジェネレータ
３ バッテリ
４ 非接触受電装置
５ 非接触送電装置
６ 道路
１０ 非接触給電装置
４１ 受電コイル
４２ 第１磁性体
４３ 第２磁性体
４４ 中継磁性体
４５ 伸長部
５１ 送電コイル

Claims (5)

1. 送電コイルから受電コイルに非接触で給電する非接触給電装置であって、
   前記受電コイルは、巻き回し軸線の周囲を囲むように巻き線を巻き回して形成されており、
   前記巻き回し軸線と交差するように、前記受電コイルに対して前記送電コイル側とは反対側に配置された第１磁性体と、
   前記受電コイル及び前記第１磁性体とは非接触で配置され、且つ、前記巻き回し軸線と直交する方向で、前記受電コイルの内周と外周との間のコイル幅の半分の位置よりも外側に前記受電コイルに対して配置された第２磁性体と、
   を備えることを特徴とする非接触給電装置。
2. 前記第２磁性体は、前記第１磁性体に対して前記受電コイル側とは反対側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の非接触給電装置。
3. 前記第２磁性体は、前記受電コイルに対して前記第１磁性体側とは反対側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の非接触給電装置。
4. 前記巻き回し軸線と同方向に延在し、一端部が前記第１磁性体と接触または非接触で、他端部が前記第２磁性体と非接触で配置された中継磁性体を備えることを特徴とする請求項３に記載の非接触給電装置。
5. 前記巻き回し軸線と直交する方向で、前記中継磁性体の前記他端部から前記第２磁性体に沿って伸長する伸長部を有することを特徴とする請求項４に記載の非接触給電装置。

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