JP5216938B2

JP5216938B2 - 非接触電力伝送用コイル

Info

Publication number: JP5216938B2
Application number: JP2012515257A
Authority: JP
Inventors: 栄一漆畑; 圭介岩脇
Original assignee: Pioneer Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 2010-09-22
Filing date: 2010-09-22
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2030-09-22
Also published as: JPWO2012039045A1; WO2012039045A1

Description

この発明は、電磁誘導により非接触で電力を伝送する非接触電力伝送用コイルに関する。ただし、この発明の利用は、上述した非接触電力伝送用コイルには限られない。

図８は、従来の非接触給電装置に用いられるコイルを示す平面図である。図８に示す非接触給電装置２０００は、１次コイルと２次コイルを対向配置させることにより、これらが非接触であっても電磁誘導の相互誘導作用により電力を伝送させる非接触給電装置である（例えば、下記特許文献１参照。）。この非接触給電装置２０００は、背板２０１５上に、複数本の平行導線を１セットとした線材からなるコイル２００１を同一面で扁平に巻き回した構造であり、コイル２００１をモールド樹脂２０１７で被覆固定してなる。このモールド樹脂２０１７中には発泡材が混入されている。コイル２００１の両端は、ほぼ同一部分で外部に向けて曲げて取り出され、電力が供給される。

対向するコイルについても図８と同様の構成であり、この非接触給電装置は、例えば電気自動車のバッテリー充電用に使用され、電磁誘導の相互誘電作用に基づき、１次側（給電側）のコイル２００１から、２次側（受電側）のコイル（不図示）に、非接触で電力を供給する。

特開２００８−８７７３３号公報

図８は高周波の交流抵抗を低減する為にリッツ線が用いられているが、巻き回し等により製造が複雑になる。また重量的にも重いという問題があった。製造工程の簡易化や製品の軽量化、更なる薄型化を実現し、且つ高効率のコイルを提案する。金属パターンによるコイルは、表皮効果に対して有効であるが、従来の非接触給電装置では、以下の問題が生じた。

１．近接効果の影響
コイルの内側になるほど磁束が強くなる。そのため、近接効果の影響が大きく、コイルの内側になるほど導体内での電流偏りが大きくなる。
２．コイル上の交差箇所の影響
内側まで巻き回された導体（１次コイル）２００１の端部を外部に導出するために、コイル２００１に対して直交する交差箇所Ａが形成され、この交差箇所Ａで熱が発生してしまう。

１．近接効果の影響について
図９−１は、導体が２つの場合の近接効果を説明するための説明図である。２つの平らな導体２２０１，２２０２が平行に近接配置され、同じ方向に同じ電流が流れているとする。この場合、下部の電流密度特性グラフに示すように、導体２２０１，２２０２上の電流は、互いに離れる外側に偏って流れる。

図９−２は、導体が２つの場合の近接効果を説明するための説明図である。２つの導体２２０１，２２０２が平行に近接配置され、逆方向に同じ電流が流れているとする。この場合、下部の電流密度特性グラフに示すように、導体２２０１，２２０２上の電流は、互いに近寄る内側に偏って流れる。

図９−３は、導体が３つの場合の近接効果を説明するための説明図である。３つの導体２２０１，２２０２，２２０３が平行に近接配置され、同じ方向に同じ電流が流れているとする。この場合、下部の電流密度特性グラフに示すように、外側の導体２２０１，２２０２上の電流は、互いに離れる外側に偏って流れる。中央の導体２２０３については、両側の導体２２０１，２２０２からの影響を受け偏りは少ないが、全体に電流が流れにくくなる。

図９−４は、コイル上の電流方向を示す平面図である。巻き回された導体２２０１，２２０２，２２０３は、図中のｃ−ｃ線でみて全体の左側と右側では電流の向きが逆方向となっている。これにより、電流密度グラフに示すように、外側の導体２２０１は、図９−３と同様に、電流は外側に偏って流れる。そして、内側の導体２２０２については、外側に位置する同じ向きの電流の影響に加えて、コイルの対向側（右側は左側）の導体の影響を受けるため、さらに内側の偏りが高くなる。

電流密度の特性は、内側の導体２２０２は、図９−２の影響と、図９−３の影響が加算された如く内側への電流の偏りが高くなっている（箇所Ｃ）。なお、中央の導体２２０３については、コイルの対向側（右側は左側）の導体の影響が若干緩和されているが、それでも、図９−３に比べて内側への電流の偏りが高い。

上述したように、巻き回されたコイルは、近接効果の影響により、コイルの内側になるほど磁束が強くなり、コイルの内側になるほど導体内での電流偏りが大きくなる。その為、金属パターンでコイルを形成した場合、抵抗値を下げる目的でパターン幅を広げても効果が薄い。

２．コイル上の交差箇所の影響について
図１０は、従来の他のコイルを示す平面図である。この図１０は、温度分布を説明するために用いたコイル２３０１であり、上記図８に示したコイル２００１に対して導体が金属パターンで形成されている点が異なる。そして、図８のコイル２００１と同様に、内側まで巻き回されたコイル２３０１の端部２３０１Ｅが導体２３０２を介して外部の電極２３０３まで導出されており、この導出のために、コイル２３０１の巻き回しの方向に対して導体２３０２の部分が直交する交差箇所Ｄが形成されている。この交差箇所Ｄは、近接効果で最も電流の偏った部分の為、非常に強い磁束の影響を受け、渦電流が発生し熱損失が発生する。

図１１は、図１０に示したコイルを駆動したときの温度分布を示す図である。図中白くなるにつれ温度が高いことを示しており、最小３１℃程度なのに対し、最大で８６℃程度まで高い箇所が生じている。特に、コイル２３０１の内側につれて温度が高いことが示されている。また、図中のｅ−ｅ線に沿った温度分布のグラフを下部に示す。このグラフから判るのは、３周で巻き回されたコイル２３０１は、最外周が最も温度が低く、内側にいくにしたがい温度が高くなり、最内周に最も温度が高くなるピーク値ｐが生じている。また、コイル２３０１上で交差箇所Ｄでの温度が高い。したがって、最も温度が高いのは、コイル２３０１の内側であってかつ交差箇所ｄである。このように、従来のコイルでは、導体の交差箇所で高熱が発生するとともに、この熱による効率の低下の問題を有していた。

上述のように、従来のコイルは、導体を線材で形成したときには、これを巻き回し、また、導出する等により製造が複雑になる。また、線材は銅線であり重量的にも重いという問題点があった。また、コイル上で巻き回しの交差箇所があると、この部分で熱が発生し、効率が低下した。さらに、近接効果の影響により、コイルの内側になるほど導体内での電流偏りが大きくなり、特に、金属パターンで形成するとより影響が大きく生じた。このように、従来のコイルは多様な問題を有していた。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１の発明にかかる非接触電力伝送用コイルは、支持部材と、前記支持部材の一方の面に形成され、金属パターンからなる導体がスパイラル状に巻き回された第１のコイルと、を有し、前記第１のコイルは、前記スパイラルの方向へ短冊状に前記導体が分割された第１の領域と、前記導体が短冊状に分割されない第２の領域と、を含み、前記第１のコイルの第１の領域は、前記スパイラルの中心から複数の距離で短冊状に分割された前記導体が、１周する角度の複数の箇所でそれぞれ前記複数の距離とはそれぞれ異なる距離に入れ替えて複数の前記導体をいずれも交互に最内周に位置させ、前記入れ替えられた導体間には接続部材が設けられ、前記接続部材は前記支持部材の他方の面に形成された金属パターンを含み、前記支持部材の他方の面に形成された金属パターンは、前記支持部材の他方の面に形成されたスパイラル状に巻き回された第２のコイルであり、前記第２のコイルは、前記スパイラルの方向へ短冊状に前記導体が複数に分割された第３の領域と、前記導体が短冊状に分割されない第４の領域と、を含み、前記第２のコイルの第３の領域は、前記スパイラルの中心から複数の距離で短冊状に分割された複数の前記導体が、１周する角度の複数の箇所でそれぞれ前記複数の距離とはそれぞれ異なる距離に入れ替えて複数の前記導体をいずれも交互に最内周に位置させ、
前記第１のコイルにおいて、前記入れ替えられた導体間には接続部材が設けられ、前記接続部材は第２のコイルの第３の領域に含まれ、かつ第２のコイルにおいて、前記入れ替えられた導体間には接続部材が設けられ、前記接続部材には第１コイルの第１の領域に含まれることを特徴とする。

図１は、非接触電力伝送用コイルの実施の形態における要部を示す平面図である。図２は、非接触電力伝送用コイルが適用される充電システムを示すブロック図である。図３は、非接触電力伝送用コイルの実施例１の構成を示す平面図である。図４は、実施例１の非接触電力伝送用コイルの温度分布特性を示す図である。図５−１は、非接触電力伝送用コイルの実施例２の構成を示す平面図（表面側）である。図５−２は、非接触電力伝送用コイルの実施例２の構成を示す平面図（裏面側）である。図６は、非接触電力伝送用コイルの実施例３の構成を示す平面図である。図７は、実施例３による電流の偏りの状態を説明する図である。図８は、従来の非接触給電装置に用いられるコイルを示す平面図である。図９−１は、導体が２つの場合の近接効果を説明するための説明図（その１）である。図９−２は、導体が２つの場合の近接効果を説明するための説明図（その２）である。図９−３は、導体が３つの場合の近接効果を説明するための説明図である。図９−４は、コイル上の電流方向を示す平面図である。図１０は、従来の他のコイルを示す平面図である。図１１は、図１０に示したコイルを駆動したときの温度分布を示す図である。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる非接触電力伝送用コイルの好適な実施の形態を詳細に説明する。

（実施の形態）
（非接触電力伝送用コイルの基本構成−内周３分割の例）
はじめに、本実施の形態にかかる非接触電力伝送用コイルの構成について説明する。図１は、非接触電力伝送用コイルの実施の形態における要部を示す平面図である。図１に示す非接触電力伝送用コイル（コイル）１００は、巻き回されたコイルの導体１１０のうち最も内周に位置する導体１１０だけを部分的に記載したものである。

図示のように、巻き回されている導体１１０は、図示しない基板上に金属パターンにより形成されている。この導体１１０は、１本で幅Ｌ１を有しているのに対し、中央領域１２０内部に位置する最も内周に位置する導体１１０については、所定の起点１１０Ａから短冊状に複数（図示の例では３つ）に分割した導体（短冊導体）１１０ａ〜１１０ｃで構成している。導体１１０の終点である端部１１０Ｅには一つの電極が形成され、この端部１１０Ｅでは分割された短冊導体１１０ａ〜１１０ｃがいずれも接続されている。なお、図面上では、短冊導体１１０ａ〜１１０ｃの部分の全体の幅Ｌ２は、短冊導体１１０ａ〜１１０ｃ間に隙間等があるため、導体１１０の幅Ｌ１より広く記載してあるが、これらの幅Ｌ１とＬ２は一致させても良い。すなわち、導体１１０が幅Ｌ１を有するとき、３分割した短冊導体１１０ａ〜１１０ｃのそれぞれは導体１１０の幅Ｌ１の１／３程度の幅を基準とし、やや幅広としたり狭くしてもよい。

そして、３つに分割された短冊導体１１０ａ〜１１０ｃは、四角状の中央領域１２０の各辺１２０ａ〜１２０ｄに対し、最も内周に位置する（各辺に近接する）短冊導体１１０ａ〜１１０ｃが入れ替わるよう配置されている。コイル１００の巻き回しの順位を説明すると、はじめの辺１２０ａには、導体１１０が沿って配置され、辺１２０ｂでは近い順でみて、分割された短冊導体１１０ｃ、１１０ｂ、１１０ａの順で配置されている。辺１２０ｃでは、近い順でみて、分割された短冊導体１１０ａ、１１０ｃ、１１０ｂの順で配置されている。辺１２０ｄでは、近い順でみて、分割された短冊導体１１０ｂ、１１０ａ、１１０ｃの順で配置されている。

ここで、１２１，１２２は接続導体であり、具体的には、ジャンパ線、あるいは導体１１０が形成された基板に形成されたスルーホールおよび配線パターンによりなり、絶縁された状態で他の短冊導体１１０ａ〜１１０ｃを跨ぐ。同様に、導体１１０の端部１１０Ｅについても、同様の接続導体を介して外部に取り出されている。このように、導体１１０を跨ぐ配線がなされるが、導体１１０に近接して跨ぐ形ではなく、電気的に絶縁されたジャンパ線、あるいは基板の内部や裏面に形成された配線パターン（金属パターン）を介して跨ぐ構成であるため、従来の交差箇所で生じたような発熱は生じない。

上記のように、３分割された短冊導体１１０ａ〜１１０ｃは、最も内周に位置するものが、各辺１２０ｂ〜１２０ｄでそれぞれ入れ替わる。すなわち、３分割された短冊導体１１０ａ〜１１０ｃのうち一つが、いずれかの辺１２０ｂ〜１２０ｄで最も内周に位置している。

上記構成によれば、巻き回されたコイルの導体１１０のうち最も内周に位置する短冊導体１１０ａ〜１１０ｃは複数に分割され、分割されたどの短冊導体１１０ａ〜１１０ｃのいずれも最も内周に位置することになる。分割された短冊導体１１０ａ〜１１０ｃがそれぞれ交互に最も内周に位置するように配置が入れ替わっているため、コイルの内側になるほど導体内での電流偏りが大きくなる、という近接効果の影響を抑制することができ、巻き回された導体１１０の最も内周の部分での発熱による損失を抑えることができるようになる。特に、導体１１０の最も内周の位置に高い発熱のピークが生じることを抑えることができる。

そして、上記構成のコイル１００は、高周波電流が流れるコイルに金属パターンを用いており、軽量に構成できるとともに、エッチングにより基板上に簡単に形成できる。

上記の実施の形態では、短冊導体の分割数を３としたが、これに限らず複数（２〜ｎ）とすることができる。例えば、中央領域が四角形で辺の数を４としたときには、短冊導体の数を４として、分割された短冊導体が入れ替わって最内周の各辺に近接するように配置できる。中央領域が五角形であれば短冊導体の分割数を５とすることができる。

また、中央領域が円形状であれば、短冊導体の分割数を複数（２〜ｎ）とし、分割された短冊導体が全周を所定角度単位で分割した角度で入れ替わって中央領域に近接するように配置できる。この所定角度単位は、分割数で割った角度とすればよい。例えば短冊導体の分割数が３分割であれば、所定角度は１２０度ずつとなる。このように、基板および導体のパターンの形状は各種形状が考えられ、いずれに対しても上記構成の短冊導体を適用することができる。

（充電システムの構成）
次に、上述した非接触電力伝送用コイル１００は、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド自動車（ＨＶ）への充電を行う充電システム２００に適用される。図２は、非接触電力伝送用コイル１００が適用される充電システム２００を示すブロック図である。充電システム２００は、充電装置２０１と、自動車側に設けられた受電装置２１０とにより構成されている。

充電装置２０１および受電装置２１０には、それぞれ非接触電力伝送用コイル１００が設けられ、充電装置２０１から伝送された電力が一対の非接触電力伝送用コイル１００を介して自動車側の受電装置２１０のバッテリー（２次電池）２１３に充電される。

充電装置２０１は、商用電源や家庭用電源などのＡＣ電源、もしくは太陽光発電などの外部から供給されるＤＣ電源を電力供給源とする。供給された電源は、力率改善回路（ＰＦＣ：ＰｏｗｅｒＦａｃｔｏｒＣｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）２０２、ＤＣコンバータ２０３、インバータ２０４を介して上述したコイル１００に供給される。インバータ２０４は、ＤＣ−ＡＣ変換、および周波数・ＰＷＭ制御を行う。２０５は、コイル１００の共振コンデンサである。これにより、コイル１００には、特定の電圧・周波数が印加され、コイル１００は、対向する自動車側の受電装置２１０に電磁界を発生させる。

受電装置２１０のコイル１００は、充電装置２０１のコイル１００で発生された電磁界を受け、共振コンデンサ２１１と、整流器・制御回路２１２により直流に変換した後、自動車の２次電池２１３を充電する。

そして、上記構成のコイル１００を用いた充電システム２００によれば、コイル１００部分での損失を少なくできるため、高効率の充電システムとすることができる。

（実施例１）
図３は、非接触電力伝送用コイルの実施例１の構成を示す平面図である。図３において、非接触電力伝送用コイル（コイル）３００は、支持部材である基板３０１の一方の面である表面３０１ａ上に導体１１０を巻き回して構成している。なお、上述した図１に記載の構成は、図３に記載の構成の一部であり、同一の構成部には図１に記載の符号を付してある。

図３に示した基板３０１は、角部分が傾斜しているが、略矩形状に形成されており、コイル３００は、基板３０１の外周から内周に向けて一方向にスパイラル状に巻き回された金属パターンからなる。基板３０１としては、紙フェノールや紙エポキシ、ガラスコンポジット、ガラスエポキシなどの基材が用いられる。基板３０１の中心部分には、コイルが配置されない矩形状の中央領域１２０が形成されている。

導体１１０は、ほぼ一定な幅を有し、図３に示す例では３周で巻き回されており、最内周の短冊導体１１０ａ〜１１０ｃは、中央領域１２０の各辺１２０ｂ〜１２０ｄに近接する短冊導体１１０ａ〜１１０ｃが入れ替わるよう配置されている。また、１２１，１２２は接続導体であり、短冊導体１１０ａ〜１１０ｃの配置を入れ替えるために設けられる。１１０Ｓおよび１１０Ｅは、それぞれ電極であり、動作電源の供給用に図示しない接続導体が接続され、外部に導出される。

表１には、実施例１における周波数別の交流抵抗を示す。この表に示すように、いずれの周波数においても、実施例１における短冊導体１１０ａ〜１１０ｃを設けた構成（３分割＋入れ替わり有）の構成によれば、交流抵抗を低減化させることができる。例えば、コイル３００の駆動の周波数が１ｋＨｚのとき、単に短冊導体を３分割で形成し、配置の入れ替えを行わなかった場合に対し実施例１の低減率は５６％であった。

これにより、実施例１によれば、短冊導体１１０ａ〜１１０ｃの配置の入れ替えを行うことにより、入れ替えを行わなかった場合と比べて交流抵抗を５６％に低減でき、電流の偏りを解消できることが示されている。また、駆動の周波数が１０ｋＨｚ時には入れ替えを行わなかった場合と比べて６６％に低減でき、１００ｋＨｚ時には７６％に低減でき、いずれも交流抵抗を抑えることができ、効率を向上できるようになる。

図４は、実施例１の非接触電力伝送用コイルの温度分布特性を示す図である。図示のように、最大でも３０℃程度であり、従来に比して温度を低く抑えることができる。上図のＩ−Ｉ線で見た温度分布図を下図に示す。下図は横軸が位置、縦軸が温度である。図示のように、導体１１０が全体で３周（ａ，ｂ，ｃ）されているうち、最も内周（ｃ）に位置する短冊導体１１０ａ〜１１０ｃの部分（ｃ１，ｃ２，ｃ３）は、短冊導体１１０ａ〜１１０ｃが入れ替え配置されているため、外周の他の部分ａ，ｂに比して全体的に温度は高いが、最も内周ｃ３の温度に突出した高温のピークは表れておらず、平均化されている。

（実施例２）
図５−１、図５−２は、非接触電力伝送用コイルの実施例２の構成を示す平面図である。実施例２は、実施例１で説明したコイル３００を基板３０１の両面に形成したものである。図５−１が基板３０１の表面３０１ａに形成した第１のコイル５００ａであり、図５−２が基板３０１の裏面３０１ｂに形成した第２のコイル５００ｂである。第１のコイル５００ａの基本構成は、実施例１に示したコイル３００と同じである（但し、巻き回しの方向はａ方向であり、図３と逆）。

図５−２は、基板３０１の表面３０１ａから見た透視図である。図５−１に重なる基板３０１の表面３０１ａに第１のコイル５００ａを設け、裏面３０１ｂに第２のコイル５００ｂを設ける。そして、第１のコイル５００ａの終端と、第２のコイル５００ｂの始端とを電気的に接続している。この際、第１のコイル５００ａの終端の巻き回しの方向ａと、第２のコイル５００ｂの始端の巻き回しの方向ａとを一致させておく。

第１のコイル５００ａと第２のコイル５００ｂは、導体１１０の最内周部分に３分割された短冊導体１１０ａ〜１１０ｃが設けられている。そして、基板３０１の表面３０１ａの短冊導体１１０ａ〜１１０ｃは、基板３０１の裏面３０１ｂの短冊導体１１０ａ〜１１０ｃとスルーホール５２０，５２１，５２２を介して互いに電気的に接続されている。また、５１１，５１２は、この実施例２の電極であり、それぞれスルーホール５３１，５３２を介して基板３０１の表裏に位置する第１のコイル５００ａの始端と、第２のコイル５００ｂの終端が一対の電極として形成されている。

ここで、第２のコイル５００ｂ側に設けられた短冊導体１１０ａ〜１１０ｃについては、基板３０１の表面３０１ａに形成されている第１のコイル５００ａの短冊導体１１０ａ〜１１０ｃの配置の入れ替えを行うための接続導体の機能を有している。

短冊導体１１０ａの配置の入れ替えを説明する。第１のコイル５００ａ側の短冊導体１１０ａ〜１１０ｃについては、便宜上、最も内周に位置する短冊導体の配置をＡとし、中央の配置をＢ、最も外周の配置をＣとする。まず、基板３０１の表面３０１ａ側の第１のコイル５００ａの分割の起点１１０Ａ（辺１２０ｂ）に位置している短冊導体１１０ａの配置の入れ替えを辿ってみる。

この短冊導体１１０ａは、はじめに、辺１２０ｂの位置では最も外周Ｃに位置しており、次に、短冊導体１１０ａは、スルーホール５２０を介して基板３０１の裏面３０１ｂに形成された接続導体５４１に接続されている。接続導体５４１は、図５−２に示すように、辺１２０ｂの位置では最も外周Ｃに位置しているが、辺１２０ｃの位置では、中央Ｂに位置するようパターン形成されている。これにより、短冊導体１１０ａは、基板３０１の表面３０１ａの辺１２０ｃの位置では、中央Ｂの位置に変更される。この後、短冊導体１１０ａは、スルーホール５２１を介して基板３０１の裏面３０１ｂに形成された接続導体５４２に接続されている。接続導体５４２は、図５−２に示すように、辺１２０ｃの位置では中央Ｂに位置しているが、辺１２０ｄの位置では、最も内周Ａに位置するようパターン形成されている。これにより、短冊導体１１０ａは、基板３０１の表面３０１ａの辺１２０ｄの位置では、内周Ａの位置に変更される。上記のように、短冊導体１１０ａは、外周Ｃ→中央Ｂ→内周Ａの順で配置が変更される。

同様に、短冊導体１１０ｂについては、中央Ｂ→スルーホール５２０→接続導体５５１→内周Ａ→外周Ｃの順で配置が変更されている。また、短冊導体１１０ｃについては、内周Ａ→外周Ｃ→スルーホール５２１→接続導体５６１→中央Ｂの順で配置が変更されている。上記構成において、配置の入れ替えには、必ずしもスルーホール５２０，５２１，５２２を用いて基板３０１の裏面３０１ｂに設けられた接続導体だけを用いるに限らない。基板３０１の表面３０１ａ側に設けられた短冊導体１１０ａ〜１１０ｃの一部で配置入れ替えを行うこともできる。図５−１に示す例では、辺１２０ｂ部分の内周Ａに位置する短冊導体１１０ｃは、辺１２０ｃ部分で外周Ｃの位置まで導出されている。同様に、辺１２０ｃ部分の内周Ａに位置する短冊導体１１０ｂは、辺１２０ｄ部分で外周Ｃの位置まで導出されている。このように、基板３０１の表面３０１ａおよび裏面３０１ｂそれぞれで短冊導体１１０ａ〜１１０ｃの配置の入れ替えを行っている。

上述した実施例２によれば、実施例１同様に、短冊導体１１０ａ〜１１０ｃの配置の入れ替えにより、電流の偏りを解消でき、交流抵抗を抑えることができ、効率を向上できる。また、電流の偏りが解消できたことで束も分散し、且つパターンの交差箇所の渦電流も低減したため、突出した高温のピークが生じない。そして、実施例１に比して基板３０１の表裏にコイルが形成されているため、巻数を倍にすることができ、対応してインダクタンスを２乗倍の値に増加させることができる。

（実施例３）
図６は、非接触電力伝送用コイルの実施例３の構成を示す平面図である。実施例３の非接触電力伝送用コイル（コイル）６００では、上述した実施例１と同様に、支持部材である基板３０１の一方の面である表面３０１ａ上に導体１１０を巻き回して構成している。この実施例３で異なる点は、最内周における導体（短冊導体）１１０の分割数を４としている。

４分割された短冊導体１１０ａ〜１１０ｄは、四角状の中央領域１２０の４つの各辺１２０ａ〜１２０ｄそれぞれに近接する短冊導体１１０ａ〜１１０ｄが入れ替わるよう配置されている。また、１２１〜１２３は接続導体であり、短冊導体１１０ａ〜１１０ｄの配置を入れ替えるために設けられる。

配置の入れ替えを具体的に説明する。辺１２０ａの位置では、短冊導体１１０ａが最も外部に位置し、内周につれて短冊導体１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄの順で配置している。辺１２０ｂの位置では、接続導体１２１により、最も外周の短冊導体１１０ａが最も内周に配置替えされており、短冊導体１１０ｂが最も外部に位置し、内周につれて短冊導体１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ａの順で配置されている。辺１２０ｃの位置では、接続導体１２２により、短冊導体１１０ｂが最も内周に配置替えされており、短冊導体１１０ｃが最も外部に位置し、内周につれて短冊導体１１０ｄ、１１０ａ、１１０ｂの順で配置されている。辺１２０ｄの位置では、接続導体１２３により、短冊導体１１０ｃが最も内周に配置替えされており、短冊導体１１０ｄが最も外部に位置し、内周につれて短冊導体１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの順で配置されている。

図７は、実施例３による電流の偏りの状態を説明する図である。図示のように、４分割し、かつ、上述したように、分割された４つの短冊導体１１０ａ〜１１０ｄを交互に配置替えすることにより、特定の短冊導体に電流が偏ることがなく、図中１〜４に示す４分割された短冊導体１１０ａ〜１１０ｄのいずれについてもほぼ同じ値（２５％前後）で電流が流れていることが判った。この図には対比用として内周の導体１１０を４分割しただけの構成（配置替え無）を記載してある。単に導体１１０の内周を４分割しただけであり、短冊導体１１０ａ〜１１０ｄの配置替えを行わない場合には、図示のように、電流の偏りが１５％〜４０％と、内周につれて電流の偏りが大きくなり、最も内周で突出した電流値が生じている。このように、短冊導体１１０ａ〜１１０ｄは、単に分割させるだけではなく、配置替えを行うことが効果的であることが判る。

上記の実施例３によれば、短冊導体の分割数を４とし、これら４分割された短冊導体がいずれも内周に位置するよう配置替えした構成であるため、実施例１で説明した３分割の構成に比してさらに、内周に位置する短冊導体における電流の偏りを防止できるようになる。

上記の実施例３の変形例としては、実施例２と同様に、基板３０１の表裏にそれぞれコイルを形成することが考えられる。これにより、４分割された短冊導体１１０ａ〜１１０ｄによる電流偏りを防止できるとともに、巻数を倍にしてインダクタンスを増大できる効果を得ることができる。

また、以上説明した各実施例では、基板および導体のパターンが四角形の構成を例に説明したが、上述したようにその形状は円形や多角形等の各種形状が考えられ、同様に適用できる。また、上記の実施例では、導体１１０のパターンは、外側から内側に連れて次第に小さくなっていく構成について説明したが、これに限らない。基板上には同心円状に異なる複数の径の導体をパターン形成し、ある箇所で段差を有して隣接する径が異なるパターンを接続する構成としてもよい。

さらに、上記実施例のように、基板上の導体１１０として金属パターンを用いることによって、軽量化できるとともに、パターンを変更するだけで、様々なインダクタンスを簡単に作成することが可能となる。

また、基板３０１の基材としては、ポリイミドのようなテープ状のものとしてもよく、これらの基材の上に金属パターンを形成することもできる。例えば、ＦＰＣやＴＣＰなどのテープ状の基材で基板３０１を構成することによって、重量を低減化できるようになると共に、コイル形状を平面だけでなく立体的な構造にすることも可能となる。基板３０１を立体的に形成することにより、これに対応して磁束の方向を立体的にすることも可能である。

１００，３００非接触電力伝送用コイル
１１０導体
１１０ａ〜１１０ｃ短冊導体
１２０中央領域
１２０ａ〜１２０ｄ辺
１２１，１２２，１２３接続導体
２００充電システム
２０１充電装置
２１０受電装置
３０１基板
３０１ａ表面
３０１ｂ裏面
１１０Ｅ，１１０Ｓ，５１１，５１２端部（電極）
５２０，５２１，５２２，５３１，５３２スルーホール
５４１，５４２，５５１，５６１接続導体

Claims

支持部材と、
前記支持部材の一方の面に形成され、金属パターンからなる導体がスパイラル状に巻き回された第１のコイルと、
を有し、
前記第１のコイルは、前記スパイラルの方向へ短冊状に前記導体が分割された第１の領域と、前記導体が短冊状に分割されない第２の領域と、を含み、
前記第１のコイルの第１の領域は、前記スパイラルの中心から複数の距離で短冊状に分割された前記導体が、１周する角度の複数の箇所でそれぞれ前記複数の距離とはそれぞれ異なる距離に入れ替えて複数の前記導体をいずれも交互に最内周に位置させ、前記入れ替えられた導体間には接続部材が設けられ、前記接続部材は前記支持部材の他方の面に形成された金属パターンを含み、
前記支持部材の他方の面に形成された金属パターンは、前記支持部材の他方の面に形成されたスパイラル状に巻き回された第２のコイルであり、
前記第２のコイルは、前記スパイラルの方向へ短冊状に前記導体が複数に分割された第３の領域と、前記導体が短冊状に分割されない第４の領域と、を含み、
前記第２のコイルの第３の領域は、前記スパイラルの中心から複数の距離で短冊状に分割された複数の前記導体が、１周する角度の複数の箇所でそれぞれ前記複数の距離とはそれぞれ異なる距離に入れ替えて複数の前記導体をいずれも交互に最内周に位置させ、
前記第１のコイルにおいて、前記入れ替えられた導体間には接続部材が設けられ、前記接続部材は第２のコイルの第３の領域に含まれ、かつ第２のコイルにおいて、前記入れ替えられた導体間には接続部材が設けられ、前記接続部材には第１コイルの第１の領域に含まれること
を特徴とする非接触電力伝送用コイル。