JP5885837B2 - 移動体用非接触給電トランス - Google Patents

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Description

本発明は、電気自動車などの移動体に非接触で給電する移動体用非接触給電トランスに関し、磁界曝露による健康への影響などを回避しつつ容易に大容量化を図ることが可能であり、また、タイプの異なる非接触給電トランスとの互換性を備えるトランスに関する。
電気自動車やプラグインハイブリット車のバッテリーを充電するシステムとして、図１８に示すように、車両の床面に非接触給電トランスの二次側コイル（受電コイル）２０を搭載し、地上側に設置した一次側コイル（送電コイル）１０から電磁誘導を利用して非接触で給電する方式が開発されている。
下記特許文献１には、このシステムに用いる非接触給電トランスの送電コイル及び受電コイルとして、図１９Ａ、図１９Ｂに示すように、平板状のフェライト磁心２１、３１の片面に電線を螺旋状に扁平に巻回して構成したものが開示されている。この形態のコイルは、フェライト磁心２１、３１の片側だけに巻線２２、３２が巻かれているので「片側巻コイル」と称する。なお、図１９Ａは、送電コイルおよび受電コイルの断面図であり、図１９Ｂは、送電コイルまたは受電コイルの平面図である。
片側巻コイルを用いる非接触給電トランスは、車両の停車位置がずれて送電コイルと受電コイルとが正対しなかったり、送電コイルと受電コイルとのギャップが変動したりすると、給電効率が大幅に低下する。こうした位置ずれやギャップ変動に対する許容量を大きくしようとすると、送電コイル及び受電コイルのサイズを大きくする必要がある。
下記特許文献２には、位置ずれやギャップ変動の許容量が大きく、且つ、小型に構成できる非接触給電トランスが開示されている。この非接触給電トランスは、図２０Ａ、図２０Ｂに示すように、フェライトコア６１、６３の周りに巻線６２、６４を巻回して送電コイル及び受電コイルが構成される。このコイルを「両側巻コイル」と称する。また、ここでは、図２０Ｂに示すように、フェライトコア６１、６３として「角型コア」が用いられている。なお、図２０Ａは、送電コイルおよび受電コイルの断面図であり、図２０Ｂは、送電コイルまたは受電コイルの平面図である。
この非接触給電トランスでは、フェライトコア６１、６３の磁極部を通って巡回する主磁束６７が発生する。それとともに、送電コイル、受電コイルの非対向面側に迂回する漏洩磁束６８、６９が生じる。この漏洩磁束６８、６９が車体の床の鉄板等に侵入すると、誘導電流が流れて鉄板が加熱され、給電効率が低下する。これを避けるため、両側巻コイルを用いる非接触給電トランスでは、送電コイル及び受電コイルの背面にアルミ板等の非磁性の良導体６５、６６を配置して漏洩磁束６８、６９を磁気遮蔽する必要がある。
また、下記特許文献３には、両側巻コイルの一層の小型軽量化を図るため、図２１Ａ〜図２１Ｆに示すように、フェライトコア４０をＨ字形に構成し、Ｈ字の両側の平行する部分４１、４２を磁極部とし、Ｈ字の横棒に相当する部分４３（磁極部間を繋ぐ部分で被巻線部ともいう）に巻線５０を巻回した送電コイル及び受電コイルが開示されている。なお、図２１Ａは、フェライトコア４０に巻線５０が巻回された状態であり、図２１Ｄは、フェライトコア４０に巻線５０が巻回されていない状態である。また、図２１Ｂは、図２１ＡのＡ−Ａ線に沿った断面図であり、図２１Ｃは、図２１ＡのＢ−Ｂ線に沿った断面図である。同様に、図２１Ｅは、図２１ＤのＡ−Ａ線に沿った断面図であり、図２１Ｆは、図２１ＤのＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
このＨ字形コアを用いた両側巻コイルで構成された送電コイル及び受電コイルを標準ギャップ長７０ｍｍの間隔で対向させて３ｋＷの給電を行った場合、トランスの効率が９５％、左右方向（図２１Ａのｙ方向）の位置ずれ許容量が±１５０ｍｍ、前後方向（図２１Ａのｘ方向）の位置ずれ許容量が±６０ｍｍ、また、標準ギャップ長を１００ｍｍに拡大したときの効率が９２％、と言う給電特性が得られている。
特開２００８−８７７３３号公報 特開２０１０−１７２０８４号公報 特開２０１１−５０１２７号公報
移動体の非接触給電では、短時間の給電を可能にする急速充電や、大型電気自動車を対象とする給電などが求められている。そのためには非接触給電トランスの大容量化が必要であるが、大容量化に際しては、漏れ磁界の人体への影響などに配慮する必要がある。
両側巻コイルを用いる非接触給電トランスの場合、送電コイルと受電コイルとの位置ずれやギャップ変動に対する許容量が大きいと言うことは、見方を変えれば、周囲に発散する磁界（漏れ磁界）が片側巻コイルに比べて大きいことを意味している。
そのため、両側巻コイルを用いる非接触給電トランスでは、特に、漏れ磁界に対する配慮が必要になる。
本発明は、こうした事情を考慮して創案したものであり、漏れ磁界を抑えながら大容量化を図ることが可能な移動体用非接触給電トランスを提供することを目的としている。
本発明は、送電コイル及び受電コイルから成り、受電コイルが（例えば図１８のように）移動体の車底下面の設置位置に設置され、受電コイルと送電コイルとが対向する給電位置に移動体が移動して非接触給電が行われる移動体用非接触給電トランスであって、送電コイル及び受電コイルの少なくとも一方は、コアの磁極部間の被巻回部に巻線が巻回された単一両側巻コイルの複数個を組み合わせた結合両側巻コイルから成り、この結合両側巻コイルは、複数個の単一両側巻コイルの被巻回部が直線的に並び、隣接する単一両側巻コイルの磁極部同士が接続すると共に、接続する磁極部の各々から相手コイルに向かう垂直方向の磁束の向きが同一となるように単一両側巻コイルが組み合わされ、単一両側巻コイルには、移動体の設置位置に２個の単一両側巻コイルからなる結合両側巻コイルを設置したときの前記移動体の周囲の漏洩磁束が所定の値を超えない単一両側巻コイルが選択され、結合両側巻コイルに組み合わせる単一両側巻コイルの個数が、選択された単一両側巻コイルの１個の給電容量と個数との積が非接触給電トランスの給電容量を満たすように設定されることを特徴とする。
２個の単一両側巻コイルから成る結合両側巻コイルの場合、それを構成する各単一両側巻コイルから発生する漏洩磁界は、十分離れた所では相互に打ち消し合うため、漏洩磁界の大きさが大幅に下がる。これは図１９の片側巻コイルの場合、漏洩磁界の減衰特性が良いことと同じ原理と考えられる。そのため、結合両側巻コイルを構成する単一両側巻コイルを選択する際は、２個の単一両側巻コイルから成る結合両側巻コイルを設置位置に置き、漏洩磁界の条件を満たす単一両側巻コイルを選ぶ。結合両側巻コイルに用いる単一両側巻コイルの個数は、漏洩磁束低減のためには偶数個であることが望ましいが、漏洩磁界が問題にならない場合は、奇数個の単一両側巻コイルで結合両側巻コイルを構成しても良い。
また、本発明の移動体用非接触給電トランスでは、結合両側巻コイルから成る受電コイルを、結合両側巻コイルにおける単一両側巻コイルの配列方向と移動体の前後方向とが一致するように移動体の下面の設置位置に設置してもよい。
両側巻コイルでは、一対の磁極部に平行する方向よりも一対の磁極部に直交する方向（即ち、単一両側巻コイルの配列方向）の方が位置ずれの許容度が小さいため、位置ずれの防止策（タイヤ止めなど）が講じ易い移動体の前後方向を、位置ずれの許容度が小さい方向に合わせてもよい。
また、本発明の移動体用非接触給電トランスでは、単一両側巻コイルが、並行する一対の磁極部の中間部分に被巻回部が配置されたＨ字形コアを有してもよい。
Ｈ字形コアを用いることにより、使用するフェライト量が減り、軽量化、小型化、低コスト化が可能になる。また、磁極部の長さ（Ｈ字の縦方向の長さ）だけを長くして、位置ずれやギャップ変動の許容量の拡大を図ることができる。
また、本発明の移動体用非接触給電トランスでは、結合両側巻コイルの接続した磁極部の合計幅（単一両側巻コイルの配列方向の幅）をＤ１、結合両側巻コイルの端部に位置する磁極部の幅をＤ２とするとき、Ｄ１＜２×Ｄ２とし、結合両側巻コイルの配列方向長さを短縮してもよい。
単一両側巻コイルが隣接する位置では、二つの単一両側巻コイルの磁極部が接続して２倍の幅になるため、一つの磁極部の幅は狭くてもよい。
また、本発明の移動体用非接触給電トランスでは、送電コイル及び受電コイルが、共に、２個の単一両側巻コイルを組み合わせた結合両側巻コイルから成り、送電コイル及び受電コイルの一方の結合両側巻コイルでは、２個の単一両側巻コイルの巻線が直列に電気接続され、送電コイル及び受電コイルの他方の結合両側巻コイルでは、２個の単一両側巻コイルの巻線が並列に電気接続されるようにしてもよい。
送電コイル及び受電コイルを構成する複数の単一両側巻コイルの巻線を直列接続のみで接続した場合は、直列接続された巻線に流れる電流が同じであるため、送電コイルと受電コイルとの位置ずれが生じても、各単一両側巻コイルの給電電力のアンバランスは生じ難いが、電圧が高くなるため対処が難しい。一方、複数の単一両側巻コイルの巻線を並列接続のみで接続した場合は、電圧は低くなるが、位置ずれが生じたときに各単一両側巻コイルの給電電力のアンバランスが生じ易い。直列接続と並列接続とを組み合わせることで、電圧の上昇を抑えながら、電流のバランスを取ることができる。
また、本発明の移動体用非接触給電トランスでは、送電コイル及び受電コイルが、共に、２個の単一両側巻コイルのｍ組（ｍは自然数）を組み合わせた結合両側巻コイルから成り、送電コイル及び受電コイルの一方の結合両側巻コイルでは、各組内の２個の単一両側巻コイルの巻線がそれぞれ直列に電気接続されるとともに、ｍ組の単一両側巻コイルの巻線が並列に電気接続され、送電コイル及び受電コイルの他方の結合両側巻コイルでは、各組内の２個の単一両側巻コイルの巻線がそれぞれ並列に電気接続されるとともに、ｍ組の単一両側巻コイルの巻線が並列に電気接続されるようにしてもよい。
並列接続の中に直列接続を入れて電流バランスを取るようにすることができる。
また、本発明の移動体用非接触給電トランスでは、送電コイル及び受電コイルが、共に、２個の単一両側巻コイルのｍ組（ｍは自然数）を組み合わせた結合両側巻コイルから成り、結合両側巻コイルでは、送電コイル及び受電コイルが、共に、各組内の２個の単一両側巻コイルの巻線がそれぞれ直列に電気接続されるとともに、ｍ組の単一両側巻コイルの巻線が並列に電気接続されるようにしてもよい。
並列接続の中に直列接続を入れて電流バランスを取るようにすることができる。
また、本発明の移動体用非接触給電トランスでは、送電コイル及び受電コイルの一方が、２個の単一両側巻コイルを組み合わせた結合両側巻コイルから成り、送電コイル及び受電コイルの他方が、平板状のフェライト磁心の片面に電線が扁平に巻回された片側巻コイルから成るものでもよい。
このように、２個の単一両側巻コイルを組み合わせた結合両側巻コイルは、同形の結合両側巻コイルとの間で給電できるだけでなく、片側巻コイルとの間でも給電が可能になる。
本発明の移動体非接触給電トランスは、漏れ磁界を抑えながら簡単に大容量化を図ることができる。また、同一タイプの両側巻コイルとの間だけでなく、異なるタイプの片側巻コイルとの間でも給電が可能であり、片側巻コイルとの互換性を備えることができる。
図１Ａは、実施形態に係る非接触給電トランスにおいて、巻線方向を反対にした単一両側巻コイルが直列接続された状態を示す図である。 図１Ｂは、実施形態に係る非接触給電トランスにおいて、巻線方向を同一にした単一両側巻コイルが直列接続された状態を示す図である。 図２は、実施形態に係る非接触給電トランスの主磁束を示す図である。 図３Ａは、実施形態に係る非接触給電トランスにおいて、巻線方向を反対にした単一両側巻コイルが並列接続された状態を示す図である。 図３Ｂは、実施形態に係る非接触給電トランスにおいて、巻線方向を同一にした単一両側巻コイルが並列接続された状態を示す図である。 図４は、実施形態に係る受電コイルの車両への取り付け方向を示す図である。 図５は、実施形態に係る非接触給電トランスにおける結合両側巻コイルの磁力線分布を示す図である。 図６は、単一両側巻コイル単体の磁力線分布を示す図である。 図７Ａは、単一両側巻コイルの構成を示す平面図である。 図７Ｂは、単一両側巻コイルを対向配置した場合の側面図である。 図７Ｃは、単一両側巻コイルを対向配置した場合を説明する図であり、対向配置される一方の単一両側巻コイルのみを断面図で示した図である。 図８は、単一両側巻コイルを接続しても給電電力が増加しない状態を説明する図である。 図９Ａは、漏れ磁束密度を測定するための実施形態に係る非接触給電トランスにおける結合両側巻コイルの構成を示す図である。 図９Ｂは、図９Ａの結合両側巻コイルの漏れ磁束密度の測定結果を示す図である。 図１０Ａは、漏れ磁束密度を測定するための単一両側巻コイル単体の構成を示す図である。 図１０Ｂは、図１０Ａの単一両側巻コイル単体における漏れ磁束密度の測定結果を示す図である。 図１１は、図９Ｂ及び図１０Ｂの測定結果を比較するグラフである。 図１２は、図１１の磁束密度変化の近似曲線を示す式を示す図である。 図１３Ａは、実施形態に係る非接触給電トランスにおけるｘ方向の位置ずれに伴う特性変化を示す図である。 図１３Ｂは、実施形態に係る非接触給電トランスにおけるｙ方向の位置ずれに伴う特性変化を示す図である。 図１３Ｃは、実施形態に係る非接触給電トランスにおけるギャップ長の変動に伴う特性変化を示す図である。 図１４Ａは、「２個×２組」の単一両側巻コイルから成る結合両側巻コイルの電気接続形態を示す図である。 図１４Ｂは、「２個×２組」の単一両側巻コイルから成る結合両側巻コイルの電気接続形態の他の例を示す図である。 図１５Ａは、「２個×２組」の単一両側巻コイルから成る結合両側巻コイルの他の電気接続形態を示す図である。 図１５Ｂは、「２個×２組」の単一両側巻コイルから成る結合両側巻コイルの他の電気接続形態を示す図である。 図１６は、結合両側巻コイルの接続する磁極部の幅を狭めた変形例を示す図である。 図１７Ａは、結合両側巻コイルと、片側巻コイルとが対向する非接触給電トランスを示す断面図である。 図１７Ｂは、図１７Ａの平面図である。 図１８は、自動車への非接触給電システムを示す図である。 図１９Ａは、従来の片側巻コイルを示す断面図である。 図１９Ｂは、図１９Ａの平面図である。 図２０Ａは、従来の角形コアを用いた両側巻コイルを示す断面図である。 図２０Ｂは、図２０Ａの平面図である。 図２１Ａは、従来のＨ字形コアを用いた両側巻コイルを説明する図であり、巻線が巻かれた状態を示す図である。 図２１Ｂは、図２１ＡのＡ−Ａ線に沿った断面図である。 図２１Ｃは、図２１ＡのＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 図２１Ｄは、従来のＨ字形コアを用いた両側巻コイルを説明する図であり、巻線が巻かれていない状態を示す図である。 図２１Ｅは、図２１ＤのＡ−Ａ線に沿った断面図である。 図２１Ｆは、図２１ＤのＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
図１Ａ、図１Ｂは、本発明の実施形態に係る移動体非接触給電トランスの送電コイルを模式的に示している。受電コイルも同じ構造である。
この送電コイルは、２個の単一両側巻コイル１００、２００が組み合わされた結合両側巻コイルから成る。
単一両側巻コイル１００、２００は、Ｈ字形コアの被巻回部にリッツ線が巻回されて構成されており、具体的には、図７Ａ、図７Ｂに示すように、Ｈ字形コアが、平行する一対の磁極コア８０と、磁極コア８０に直交する巻線コア８１とで形成されている。磁極コア８０及び巻線コア８１は共にフェライトコアである。
巻線コア８１の中央には、電線が巻回された巻線部５０が装着され、巻線部５０の両側から突出するフェライト板の両端が、下層フェライト板８２を介して磁極コア８０に接続している。
下層フェライト板８２は、図７Ｃに示すように、相手コイルと対向する側において、最上部の磁極コア８０の高さを、巻線部５０の高さと同等、またはそれ以上に押し上げるために積層されており、下層フェライト板８２の上に磁極コア８０が配置されている。
このように、磁極部分の磁極コア８０に下層フェライト板８２から成る“脚”を付けることで、磁気ギャップ長Ｇ２を巻線部５０の空隙長Ｇ１と同等、またはそれ以下に短くすることができる。このように、磁気ギャップ長を短くすると、コイル間の結合係数が高くなり、給電効率と最大給電電力とが上昇する。
２個の単一両側巻コイル１００、２００は、図１Ａ、図１Ｂに示すように、単一両側巻コイル１００の磁極コア１８０が、隣接する単一両側巻コイル２００の磁極コア２８０に接続配置し、単一両側巻コイル１００の巻線コア１８１が、隣接する単一両側巻コイル２００の巻線コア２８１と直線的に並ぶように組み合わされる。
図２は、２個の単一両側巻コイルが組み合わされた結合両側巻コイルから成る送電コイル１０及び受電コイル２０間の主磁束を示している。送電コイル１０及び受電コイル２０のそれぞれにおいて、２個の単一両側巻コイルの巻線１５０、２５０には、巻線コア１８１を通過する主磁束の向きが、巻線コア２８１を通過する主磁束の向きと反対になり、接続配置される磁極コア１８０、２８０の各々から対向コイルに垂直に向かう主磁束の向きが同じになるように電流が通電される。
このように、接続配置される磁極コア１８０、２８０から相手コイルに向かう主磁束の垂直方向の向きが揃うことにより送電コイル１０及び受電コイル２０間に作用する磁界が強まり、給電電力が増加する。単一両側巻コイルが複数組み合わされた結合両側巻コイルの給電電力は、単一両側巻コイルの台数に比例して増加する。
一方、２個の単一両側巻コイルが組み合わされた結合両側巻コイルでは、単一両側巻コイルから個々に発生する漏洩磁界が、十分離れた所では相互に打ち消し合うため、漏洩磁界の大きさが大幅に下がる。
なお、図８に示すように、磁極コア１８０から相手コイルに向かう主磁束の垂直方向の向きと、磁極コア２８０から相手コイルに向かう主磁束の垂直方向の向きとが反対であると、垂直方向の主磁束が打ち消されるため、単一両側巻コイルを複数台結合しても、給電電力を増すことはできない。
図１Ａは、２個の単一両側巻コイル１００、２００の巻線方向を反対にして、それらの巻線を直列接続し、結合両側巻コイルの給電電力を単一両側巻コイルの給電電力の２倍に増加させる場合を示している。また、図１Ｂは、２個の単一両側巻コイルの巻線方向を同一にして、それらの巻線を直列接続し、結合両側巻コイルの給電電力を単一両側巻コイルの給電電力の２倍に増加させる場合を示している。
また、図３Ａは、２個の単一両側巻コイル１００、２００の巻線方向を反対にして、それらの巻線を並列接続し、結合両側巻コイルの給電電力を単一両側巻コイルの給電電力の２倍に増加させる場合を示している。また、図３Ｂは、２個の単一両側巻コイル１００、２００の巻線方向を同一にして、それらの巻線を並列接続し、結合両側巻コイルの給電電力を単一両側巻コイルの給電電力の２倍に増加させる場合を示している。
結合両側巻コイルからなる受電コイルは、図４に示すように、単一両側巻コイルの配列方向と車両の前後方向とが一致するように車両の床下面の設置位置に設置される。
図５は、磁界解析ソフト(ＪＭＡＧ−Ｄｅｓｉｇｎｅｒ Ｖｅｒ．１１．０)を用いて調査した、２個の単一両側巻コイルを組み合わせた結合両側巻コイルの磁力線分布を示している。ここでは、１２．５ｋＷの給電能力を持つ単一両側巻コイルを２台組み合わせて２５ｋＷの給電を行う結合両側巻コイルの磁力線分布を示している。図６は、比較のため、１２．５ｋＷの給電を行う単一両側巻コイル単体の磁力線分布を示している。６５、６６は、磁気遮蔽用のアルミ板である。
２個の単一両側巻コイルを組み合わせた結合両側巻コイルでは、両端の磁極コアから、単一両側巻コイル単体と同程度の漏れ磁界が発生している。しかし、接続する磁極コアの位置からの漏れ磁界は、単一両側巻コイルから個々に発生する漏洩磁界が、十分離れた所では相互に打ち消し合うために少ない。
従って、２個の単一両側巻コイルを組み合わせた結合両側巻コイルは、単一両側巻コイル単体の２倍の給電能力を有し、端部の磁極コアからは、単一両側巻コイル単体と同程度の漏れ磁界が発生する。
そのため、結合両側巻コイルに用いる単一両側巻コイルとして小容量の単一両側巻コイルを用い、それらを偶数個組み合わせれば、結合両側巻コイルの漏れ磁界を減らすことができる。また、結合両側巻コイルの容量は、小容量の単一両側巻コイルを用いる場合でも、組み合わせる単一両側巻コイルの台数を増やすことで、台数に比例して増加させることができる。
図９Ａ、図９Ｂは、２台の単一両側巻コイルを組み合わせて１２．５ｋＷの給電を行う結合両側巻コイル（単一両側巻コイル単独の給電能力は６．２５ｋＷ）の漏れ磁界を測定した結果を示している。この測定では、図９Ａに示すように、組み合わせた２台の単一両側巻コイルの中心を基準点とし、基準点からのｘ方向及びｙ方向の距離と漏れ磁束密度（μＴ）との関係を求めて、その結果を図９Ｂに示している。
また、図１０Ａ、図１０Ｂは、比較のため、１０ｋＷの給電を行う単一両側巻コイル単体の漏れ磁界を測定した結果を示している。この測定では、図１０Ａに示すように、単一両側巻コイルの中心を基準点とし、基準点からのｘ方向及びｙ方向の距離と漏れ磁束密度（μＴ）との関係を求めて、その結果を図１０Ｂに示している。
また、図１１では、図９Ｂ及び図１０Ｂの測定結果をグラフに纏めている。
図１１から明らかなように、２台の単一両側巻コイルを組み合わせた結合両側巻コイルは、１０ｋＷの給電を行う単一両側巻コイル単体よりも給電電力が大きいにも関わらず、漏れ磁束が単一両側巻コイル単体よりも低下している。結合両側巻コイルにおける漏れ磁束の低下の割合は、基準点（トランス中心）から５００ｍｍ以上離れると顕著になる。
結合両側巻コイルの漏れ磁束が少ないのは、結合両側巻コイルを構成する単一両側巻コイルの給電能力が、１０ｋＷの給電能力を持つ単一両側巻コイル単体よりも低いことや、２台の単一両側巻コイルの漏れ磁束が打ち消しあうことによる。また、結合両側巻コイルの給電電力が大きいのは、小容量の単一両側巻コイルの給電能力が２倍されて１０ｋＷを超えているためである。
図１２は、図１１におけるトランス中心から５００ｍｍ以上離れた範囲での磁束密度の変化の近似曲線の式を表している。結合両側巻コイルの漏れ磁束の減少は、２台の単一両側巻コイルの配列方向であるｘ方向だけでなく、ｙ方向にも現われており、基準点からの距離の約４乗で減少している。
現在、磁界曝露による健康被害の防止などの観点から、漏れ磁界に対する種々の規制や基準が設けられている。例えば、国際非電離放射線防護委員会（ＩＣＮＩＲＰ）では「時間変化する電界及び磁界への公衆曝露に対する参考レベル（２０１０）」を公表し、３ｋＨｚ〜１０ＭＨｚの周波数範囲における磁束密度として２．７×１０-5Ｔと言う値を示している。
このような基準や社内的に定めたさらに厳しい漏れ磁界の規制値をクリアし、且つ、要求された容量を備える非接触給電トランスは、次のような手順で製造することができる。
車両の下面の設置位置に２個の単一両側巻コイルを組み合わせた結合両側巻コイルを設置した場合に、車両の周囲の漏洩磁束が規制値を超えない単一両側巻コイルを選定する。次に、非接触給電トランスの必要容量を、選定した１個の単一両側巻コイルの容量で除して、この単一両側巻コイルの必要台数を求め、その台数の単一両側巻コイルを組み合わせて結合両側巻コイルを製造する。
このとき、結合両側巻コイルに組み合わせる単一両側巻コイルの台数は、漏洩磁束低減のためには偶数個に設定することが重要である。なお、漏洩磁界が問題にならない場合は、奇数個（３以上）の単一両側巻コイルで結合両側巻コイルを構成しても良い。単一両側巻コイルが３以上の奇数個の場合も、その内の連続する偶数個の単一両側巻コイルによる漏洩磁界は打消し合うため、漏洩磁界の増加は、ある程度抑えられる。
このように、単一両側巻コイルを必要台数組み合わせる方式は、漏洩磁束の低減が可能であるとともに、組み合わせ数により大容量化が容易に実現できる。そのため、生産作業性が向上し、生産コストの低減が可能である。
因みに、図９Ｂの漏れ磁界の測定に用いた結合両側巻コイルを車底中央の設置位置に設置した場合、車両の外周での漏洩磁界は、ＩＣＮＩＲＰの参考レベルを十分にクリアしている。
また、図１３Ａ〜図１３Ｃは、この結合両側巻コイルを備える送電コイル及び受電コイルの位置ずれ及びギャップ変動に伴う特性変化を示している。図１３Ａは、ｘ方向に±６０ｍｍの範囲で変動させたときの給電電力（ＰD）、給電効率（η）、入力電圧（ＶIN）、結合係数（ｋ）及び出力電圧（Ｖ2）の変化を示し、図１３Ｂは、ｙ方向に±１５０ｍｍの範囲で変動させたときの各値の変化を示し、また、図１３Ｃは、ギャップ長を４０ｍｍ〜９０ｍｍの間で変えたときの各値の変化を示している。なお、ここでは、ＰDが一定となるように入力電圧（ＶIN）を調整している。
図１３Ａ〜図１３Ｃから明らかなように、この非接触給電トランスの位置ずれ及びギャップ変動に対する許容度は大きい。
結合両側巻コイルにおいて、複数の単一両側巻コイルの巻線は、図１Ａ、図１Ｂ、図３Ａ、図３Ｂに示すように、直列接続することも並列接続することも可能であるが、図１Ａ、図１Ｂに示すように、単一両側巻コイル１００、２００の巻線を直列接続した場合は、それらの巻線に同じ電流が流れるため、この結合両側巻コイルを備える送電コイルと受電コイルとが位置ずれしても、単一両側巻コイル１００及び２００における電流のアンバランスは生じない。しかし、巻線を直列接続した場合は、端子間の電圧が高くなる。
一方、図３Ａ、図３Ｂに示すように、単一両側巻コイル１００、２００の巻線を並列接続した場合は、端子間の電圧が直列接続のときの１／２に低減し、取り扱いが容易になるが、この結合両側巻コイルを備える送電コイルと受電コイルとが位置ずれした場合に、単一両側巻コイル１００及び２００に流れる電流がアンバランスになる可能性がある。
そのため、送電コイル及び受電コイルの一方において、２個の単一両側巻コイルの巻線を並列接続した場合でも、他方は、２個の単一両側巻コイルの巻線を直列接続し、電流のバランスを取ることが望ましい。
また、図１４Ａ、図１４Ｂに示すように、結合両側巻コイルを、２個の単一両側巻コイルの２組を組み合わせて構成し、送電コイル及び受電コイルの一方は、図１４Ａに示すように、各組の２個の単一両側巻コイルの巻線をそれぞれ直列に接続するとともに、２組の単一両側巻コイルの巻線を並列に接続し、送電コイル及び受電コイルの他方は、図１４Ｂに示すように、各組の２個の単一両側巻コイルの巻線をそれぞれ並列に接続するとともに、２組の単一両側巻コイルの巻線を並列に接続するようにしても良い。この場合も、並列接続の中に直列接続を入れて電流のバランスを取るようにしている。
また、図１５Ａ、図１５Ｂに示すように、結合両側巻コイルを、２個の単一両側巻コイルの２組を組み合わせて構成してもよい。つまり、図１５Ａ、図１５Ｂに示すように、送電コイル及び受電コイルとも、各組の２個の単一両側巻コイルの巻線をそれぞれ直列に接続するとともに、２組の単一両側巻コイルの巻線を並列に接続するようにしても良い。この場合も、並列接続の中に直列接続を入れて電流のバランスを取るようにしている。
なお、図１４Ａ、図１４Ｂ、図１５Ａ、図１５Ｂでは、２個の単一両側巻コイルの組が２組の場合を示したが、２組以上（ｍ組：ｍは自然数）であってもよい。
また、図１６に示すように、結合両側巻コイルにおいて、接続した磁極部の合計した幅（単一両側巻コイルの配列方向の幅）をＤ１、結合両側巻コイルの端部に位置する磁極部の幅をＤ２とするとき、Ｄ１＜２×Ｄ２としてもよい。
単一両側巻コイルが隣接する位置では、二つの単一両側巻コイルの磁極部が接続して２倍の幅になるため、接続する磁極部の各々の幅を狭くして単一両側巻コイルの軽量化や結合両側巻コイルの短縮化を図っても支障は生じない。
また、図１７Ａ、図１７Ｂに示すように、２台の単一両側巻コイル１００、２００を組み合わせた結合両側巻コイルは、平板状のフェライト磁心２１の片面に電線２２が扁平に巻回された片側巻コイルと対向した場合にも、図１７Ａに示すように、両者間に巡回する主磁束が形成されるため、両者間で効率的な非接触給電が可能である。そのため、単一両側巻コイル１００、２００を組み合わせた結合両側巻コイルは、同一構造の結合両側巻コイルに対するだけでなく、片側巻コイルに対しても、互換性を有している。なお、図１７Ｂは、図１７Ａの平面図である。
また、ここでは、単一両側巻コイルがＨ字形コアを備える場合について説明したが、単一両側巻コイルは、図２０Ｂに示すように、角型コアを備える両側巻コイルであっても良い。
本発明にかかる非接触給電トランスは、漏れ磁界を低く抑えながら大容量化を図ることが可能であり、電気自動車やプラグインハイブリット車など、各種の移動体の非接触給電に広く利用することができる。
１０ 送電コイル
２０ 受電コイル
２１ フェライト磁心
３１ フェライト磁心
４０ Ｈ字形フェライトコア
４１ 磁極部
４２ 磁極部
４３ 被巻線部
５０ 巻線部
６１ 角型フェライトコア
６２ 巻線
６３ 角型フェライトコア
６４ 巻線
６５ アルミ板
６６ アルミ板
６７ 主磁束
６８ 漏洩磁束
６９ 漏洩磁束
８０ 磁極コア
８１ 巻線コア
８２ 下層フェライト板
１００ 単一両側巻コイル
１５０ 巻線
１８０ 磁極コア
１８１ 巻線コア
２００ 単一両側巻コイル
２５０ 巻線
２８０ 磁極コア
２８１ 巻線コア

Claims (8)

  1. 送電コイル及び受電コイルを備え、前記受電コイルが移動体の設置位置に設置され、前記受電コイルと前記送電コイルとが対向する給電位置に前記移動体が移動して非接触給電が行われ、
    前記送電コイル及び受電コイルの少なくとも一方は、コアの磁極部間の被巻回部に巻線が巻回された単一両側巻コイルの複数個を組み合わせた結合両側巻コイルから成り、
    前記結合両側巻コイルは、複数個の前記単一両側巻コイルの被巻回部が直線的に並び、隣接する前記単一両側巻コイルの磁極部同士が接続すると共に、接続する前記磁極部の各々から相手コイルに向かう垂直方向の磁束の向きが同一となるように前記単一両側巻コイルが組み合わされ、
    前記単一両側巻コイルには、前記移動体の前記設置位置に当該単一両側巻コイルの２個からなる結合両側巻コイルを設置したときの前記移動体の周囲の漏洩磁束が所定の値を超えない単一両側巻コイルが選択され、
    前記結合両側巻コイルに組み合わせる前記単一両側巻コイルの個数が、選択された前記単一両側巻コイルの１個の給電容量と前記個数との積が非接触給電トランスの給電容量を満たすように設定される移動体用非接触給電トランス。
  2. 請求項１に記載の移動体用非接触給電トランスであって、前記結合両側巻コイルから成る前記受電コイルが、前記結合両側巻コイルにおける前記単一両側巻コイルの配列方向と前記移動体の前後方向とが一致するように前記移動体の下面の設置位置に設置される移動体用非接触給電トランス。
  3. 請求項１または２に記載の移動体用非接触給電トランスであって、前記単一両側巻コイルは、並行する一対の前記磁極部の中間部分に前記被巻回部が配置されたＨ字形コアを有する移動体用非接触給電トランス。
  4. 請求項３に記載の移動体用非接触給電トランスであって、前記結合両側巻コイルの前記単一両側巻コイルの配列方向における、接続した前記磁極部の合計された幅をＤ１、前記結合両側巻コイルの端部に位置する前記磁極部の幅をＤ２とするとき、Ｄ１＜２×Ｄ２である移動体用非接触給電トランス。
  5. 請求項１から４のいずれかに記載の移動体用非接触給電トランスであって、送電コイル及び受電コイルが、共に、２個の前記単一両側巻コイルを組み合わせた前記結合両側巻コイルから成り、送電コイル及び受電コイルの一方の前記結合両側巻コイルでは、２個の前記単一両側巻コイルの前記巻線が直列に電気接続され、送電コイル及び受電コイルの他方の前記結合両側巻コイルでは、２個の前記単一両側巻コイルの前記巻線が並列に電気接続されている移動体用非接触給電トランス。
  6. 請求項１から４のいずれかに記載の移動体用非接触給電トランスであって、送電コイル及び受電コイルが、共に、２個の前記単一両側巻コイルのｍ組を組み合わせた前記結合両側巻コイルから成り、送電コイル及び受電コイルの一方の前記結合両側巻コイルでは、各組の２個の前記単一両側巻コイルの前記巻線がそれぞれ直列に電気接続されるとともに、ｍ組の前記単一両側巻コイルの前記巻線が並列に電気接続され、送電コイル及び受電コイルの他方の前記結合両側巻コイルでは、各組の２個の前記単一両側巻コイルの前記巻線がそれぞれ並列に電気接続されるとともに、ｍ組の前記単一両側巻コイルの前記巻線が並列に電気接続されている移動体用非接触給電トランス。
  7. 請求項１から４のいずれかに記載の移動体用非接触給電トランスであって、送電コイル及び受電コイルが、共に、２個の前記単一両側巻コイルのｍ組を組み合わせた前記結合両側巻コイルから成り、前記結合両側巻コイルでは、各組の２個の前記単一両側巻コイルの前記巻線がそれぞれ直列に電気接続されるとともに、ｍ組の前記単一両側巻コイルの前記巻線が並列に電気接続されている移動体用非接触給電トランス。
  8. 請求項１または２に記載の移動体用非接触給電トランスであって、送電コイル及び受電コイルの一方が、２個の前記単一両側巻コイルを組み合わせた前記結合両側巻コイルから成り、送電コイル及び受電コイルの他方が、平板状のフェライト磁心の片面に電線が扁平に巻回された片側巻コイルから成る移動体用非接触給電トランス。
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