JP6299419B2

JP6299419B2 - コイルユニット

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Publication number: JP6299419B2
Application number: JP2014103048A
Authority: JP
Inventors: 憲隆千代; 泰弘寺崎; 満成鈴木
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2014-05-19
Filing date: 2014-05-19
Publication date: 2018-03-28
Anticipated expiration: 2034-05-19
Also published as: JP2015220346A

Description

本発明は、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：ＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）やプラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ：Ｐｌｕｇ−ｉｎＨｙｂｒｉｄＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）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、このようなワイヤレス電力伝送技術では、送受電コイル間に所定の距離を設けて電力伝送を行うため、コイルから離れた場所に形成される漏洩磁界により、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。

このような問題を解決するために、例えば特許文献１には、送信信号の供給により駆動される送信コイルと、送信コイルに対し間に遮蔽部材を介して配置されたキャンセルコイルを設け、位相反転回路によりキャンセルコイルに送信コイルに供給する送信信号と位相が１８０°ずれた信号を供給して駆動する送信信号キャンセル装置が開示されている。

特開平０８−２２３０９４号公報

しかしながら、特許文献１に開示される技術では、送信コイルとキャンセルコイルの間に遮蔽部材を配置しているため、送電コイルユニットが大型化してしまうという課題があった。また、特許文献１に開示される技術において、送信コイルと受信コイルの相対的な位置関係が変化した場合、漏洩磁界低減効果が低くなるという課題があった。

そこで、本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、コイルユニットを大型化することなく、電力伝送効率の低下を抑制しつつ、送受電コイルに相対的な位置関係が変化したとしても、不要な漏洩磁界を低減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、棒状または板状の磁性コアと、磁性コアに巻線が巻回された電力伝送用コイルと、電力伝送用コイルの両側であって、電力伝送用コイルと離間して、磁性コアに巻回される一対の第１および第２の補助コイルを備え、電力伝送用コイルと第１および第２の補助コイルとは互いに逆向きの磁界を発生し、第１および第２の補助コイルの巻数は電力伝送用コイルの巻数より少なく、電力伝送用コイルの長さと、第１の補助コイルの長さと、第２の補助コイルの長さとの和は、磁性コアの長さの半分以下であり、電力伝送用コイルと第１または第２の補助コイルとの間の距離に対する、磁性コアの第１または第２の補助コイルの外側に突出する長さの比率が１以下であることを特徴とする。

本発明によれば、コイルユニットは、電力伝送用コイルと離間して、磁性コアに巻回される一対の第１および第２の補助コイルを備え、電力伝送用コイルと第１および第２の補助コイルとは互いに逆向きの磁界を発生する。その結果、コイルユニットから離れた場所においては、第１および第２の補助コイルが発生する磁界と電力伝送用コイルが発生する磁界が互いに打ち消し合う。なお、第１および第２の補助コイルの巻数は電力伝送用コイルの巻数より少ないので、第１および第２の補助コイルが発生する磁界の強度が高くなり過ぎることは抑制される。さらに、電力伝送用コイルの両側に一対の第１および第２の補助コイルが配置されるので、コイルユニットと、コイルユニットと対向するコイルの相対的な位置関係が変化しても漏洩磁界低減効果が維持される。ここで、電力伝送用コイルの長さと、第１の補助コイルの長さと、第２の補助コイルの長さとの和は、磁性コアの長さの半分以下であり、第１または第２の補助コイルは、電力伝送用コイルと第１または第２の補助コイルとの間の距離に対する、磁性コアの第１または第２の補助コイルの外側に突出する長さの比率が１以下となるように配置される。そのため、コイルユニットを小型化しても、磁性コアの長さに対して、第１または第２の補助コイルが極端に電力伝送用コイルに近接して配置されることはないので、第１および第２の補助コイルが発生する磁束が電力伝送用コイルにも鎖交し、第１または第２の補助コイルによって、電力伝送用コイルが発生する磁束のうち、ワイヤレス電力伝送に寄与する磁束までも打ち消してしまうことが抑制される。その結果、コイルユニットを大型化することなく、電力伝送効率の低下を抑制できる。

好ましくは、電力伝送用コイルの巻数に対する、第１および第２の補助コイルの巻数の比率が０．５以上かつ０．８以下であるとよい。この場合、第１および第２の補助コイルが発生する磁界と電力伝送用コイルが発生する磁界の打ち消し合いにより、より効果的に電力伝送用コイルが発生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、第１または第２の補助コイルの電力伝送用コイルと接続される側と逆側の巻線の終端部分から引出される引出し線は、第１または第２の補助コイルの軸方向と平行であるとよい。この場合、引出し線の周囲に誘起される磁界は第１および第２の補助コイルが発生する磁界と直交することとなる。その結果、引出し線の周囲に誘起される磁界と第１および第２の補助コイルが発生する磁界が干渉することを防ぐことができるため、第１および第２の補助コイルによって、より確実に不要な漏洩磁界を低減することができる。

以上のように、本発明によれば、コイルユニットを大型化することなく、電力伝送効率の低下を抑制しつつ、送受電コイルに相対的な位置関係が変化したとしても、不要な漏洩磁界を低減できるコイルユニットを提供することができる。

本発明に係るコイルユニットをワイヤレス電力伝送装置の送電コイルユニットとして適応した好適な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。本発明に係るコイルユニットをワイヤレス電力伝送装置の送電コイルユニットとして適応した好適な実施形態に係る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。図２において、送電コイルユニットの電力伝送用コイル、および、第１および第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。

実施形態の説明においては、本発明に係るコイルユニットをワイヤレス電力伝送装置における送電コイルユニットに適応した例を用いて説明する。なお、本発明に係るコイルユニットは、ワイヤレス電力伝送装置の送電コイルユニットおよび受電コイルユニットのどちらにでも適応可能であり、本発明に係るコイルユニットを受電コイルユニットとして適応した場合においても、不要な漏洩磁界低減の原理は送電コイルユニットとして適応した場合と同様である。

まず、図１および図２を参照して、本発明の好適な実施形態に係るコイルユニットが適応されるワイヤレス電力伝送装置の全体構成について説明する。図１は、本発明に係るコイルユニットをワイヤレス電力伝送装置の送電コイルユニットとして適応した好適な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、本発明に係るコイルユニットをワイヤレス電力伝送装置の送電コイルユニットとして適応した好適な実施形態に係る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。

ワイヤレス電力伝送装置は、電源ＰＷと、インバータＩＮＶと、送電コイルユニットＬｔｕと、受電コイルＬｒと、整流回路ＤＢと、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を電気自動車などの車両への給電設備に適応した場合、電源ＰＷと、インバータＩＮＶと、送電コイルユニットＬｔｕは地面または地中に配置され、受電コイルＬｒと、整流回路ＤＢは車両に搭載される。

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、送電コイルユニットＬｔｕ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（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ−ＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＩＢＧＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの素子が挙げられる。

送電コイルユニットＬｔｕは、磁性コアＣｔと、電力伝送用コイルＬｔと、第１および第２の補助コイルＬｔｃ１、Ｌｔｃ２と、を備える。磁性コアＣｔは、棒状または板状の磁性体で構成され、磁性コアＣｔの長手方向は、送電コイルユニットＬｔｕと受電コイルユニットＬｒｕとの対向方向と直交する方向となっている。磁性コアＣｔは電力伝送用コイルＬｔ、および、第１および第２の補助コイルＬｔｃ１、Ｌｔｃ２が効率よく磁界を発生するためのコアとしての機能を有しており、磁性コアＣｔは比較的透磁率の高いフェライトなどの材料で構成されることが望ましい。

電力伝送用コイルＬｔは、磁性コアＣｔに銅やアルミニウムで構成された巻線Ｗｔを螺旋状に巻回して構成されるソレノイドコイルであり、送電コイルユニットＬｔｕと受電コイルＬｒとの対向方向から見て、磁性コアＣｔの中央に位置する。電力伝送用コイルＬｔの巻数は、磁性コアＣｔの大きさや、送電コイルユニットＬｔｕと受電コイルＬｒとの間の距離や、所望の電力伝送効率に基づき適宜設定される。電力伝送用コイルＬｔ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に伝送する送電コイルとして機能する。

第１の補助コイルＬｔｃ１は、磁性コアＣｔに銅やアルミニウムで構成された巻線Ｗｔｃ１を螺旋状に巻回して構成されるソレノイドコイルであり、第１の補助コイルＬｔｃ１は、電力伝送用コイルＬｔの一方の端部から離間して配置される。また、第１の補助コイルＬｔｃ１の軸方向は電力伝送用コイルＬｔの軸方向と一致する。第１の補助コイルＬｔｃ１の巻線Ｗｔｃ１の巻回方向は、電力伝送用コイルＬｔの巻回方向と逆向きとなるように構成され、第１の補助コイルＬｔｃ１は電力伝送用コイルＬｔと電気的に直列に接続されている。したがって、第１の補助コイルＬｔｃ１が発生する磁界の向きは、電力伝送用コイルＬｔが発生する磁界の向きと逆向きとなる。その結果、第１の補助コイルＬｔｃ１は、電力伝送用コイルＬｔが発生する磁界のうち、不要な漏洩磁界を打ち消す役割を果たす。

さらに、第１の補助コイルＬｔｃ１は、電力伝送用コイルＬｔと第１の補助コイルＬｔｃ１との間の距離に対する、磁性コアＣｔの第１の補助コイルＬｔｃ１の外側に突出する長さの比率が１以下となるように配置される。また、第１の補助コイルＬｔｃの巻数は、電力伝送用コイルＬｔの巻数より少なく設定される。本実施形態においては、第１の補助コイルＬｔｃ１の巻数は、所望の漏洩磁界低減効果に応じて、電力伝送用コイルＬｔの巻数に対する比率が０．５〜０．８となる範囲で適宜設定される。

またさらには、本実施形態においては、第１の補助コイルＬｔｃ１の電力伝送用コイルＬｔと接続される側と逆側の巻線の終端部分から引出される引出し線Ｌ１は、第１の補助コイルＬｔｃ１の軸方向と平行となっている。この場合、引出し線Ｌ１の周囲に誘起される磁界は第１の補助コイルＬｔｃ１が発生する磁界と直交することとなる。その結果、引出し線Ｌ１の周囲に誘起される磁界が第１の補助コイルＬｔｃ１が発生する磁界に影響を及ぼすことを防ぐことができるため、第１の補助コイルＬｔｃ１によって、より確実に不要な漏洩磁界を低減することができる。

第２の補助コイルＬｔｃ２は、磁性コアＣｔに銅やアルミニウムで構成された巻線Ｗｔｃ２を螺旋状に巻回して構成されるソレノイドコイルであり、第２の補助コイルＬｔｃ２は、電力伝送用コイルＬｔの他方の端部から離間して配置される。すなわち、送電コイルユニットＬｔｕは、電力伝送用コイルの両側に一対の第１および第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２が配置される構成となる。また、第２の補助コイルＬｔｃ２の軸方向は電力伝送用コイルＬｔの軸方向と一致する。第２の補助コイルＬｔｃ２の巻線Ｗｔｃ２の巻回方向は、電力伝送用コイルＬｔの巻回方向と逆向きとなるように構成され、第２の補助コイルＬｔｃ２は電力伝送用コイルＬｔと電気的に直列に接続されている。したがって、第２の補助コイルＬｔｃ２が発生する磁界の向きは、電力伝送用コイルＬｔが発生する磁界の向きと逆向きとなる。その結果、第２の補助コイルＬｔｃ２は、電力伝送用コイルＬｔが発生する磁界のうち、不要な漏洩磁界を打ち消す役割を果たす。

さらに、第２の補助コイルＬｔｃ２は、電力伝送用コイルＬｔと第２の補助コイルＬｔｃ２との間の距離に対する、磁性コアＣｔの第２の補助コイルＬｔｃ２の外側に突出する長さの比率が１以下となるように配置される。また、第２の補助コイルＬｔｃの巻数は、電力伝送用コイルＬｔの巻数より少なく設定される。本実施形態においては、第２の補助コイルＬｔｃ２の巻数は、所望の漏洩磁界低減効果に応じて、電力伝送用コイルＬｔの巻数に対する比率が０．５〜０．８となる範囲で適宜設定される。

またさらには、本実施形態においては、第２の補助コイルＬｔｃ２の電力伝送用コイルＬｔと接続される側と逆側の巻線の終端部分から引出される引出し線Ｌ２は、第２の補助コイルＬｔｃ２の軸方向と平行となっている。この場合、引出し線Ｌ２の周囲に誘起される磁界は第２の補助コイルＬｔｃ２が発生する磁界と直交することとなる。その結果、引出し線Ｌ２の周囲に誘起される磁界が第２の補助コイルＬｔｃ２が発生する磁界に影響を及ぼすことを防ぐことができるため、第２の補助コイルＬｔｃ２によって、より確実に不要な漏洩磁界を低減することができる。

送電コイルユニットＬｔｕが備える各コイルは、第１の補助コイルＬｔｃ１、電力伝送用コイルＬｔ、第２の補助コイルＬｔｃ２の順で電気的に接続されており、電力伝送用コイルＬｔの長さと、第１の補助コイルＬｔｃ１の長さと、第２の補助コイルＬｔｃ２の長さとの和は、磁性コアＣｔの長さの半分以下となるように設定される。ここで、各コイルの長さ、および、磁性コアの長さとは、各コイルＬｔ，Ｌｔｃ１，Ｌｔｃ２の軸方向における長さを意味する。また、第１および第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２の電力伝送用コイルＬｔと接続される側と逆側の巻線の終端部分から引出される引出し線Ｌ１，Ｌ２がインバータＩＮＶと電気的に接続されることとなる。さらに、本実施形態においては、第１および第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２は、送電コイルユニットＬｔｕと受電コイルＬｒとの対向方向から見て、電力伝送用コイルＬｔの中心に対して、左右対称となるように配置されている。ただし、本発明を実施するにあたっては、必ずしも第１および第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２が、送電コイルユニットＬｔｕと受電コイルＬｒとの対向方向から見て、電力伝送用コイルＬｔの中心に対して、左右対称である必要はない。この場合でも、第１または第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２それぞれの巻数が電力伝送用コイルＬｔの巻数より少なく、第１および第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２のそれぞれが、第１または第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２と電力伝送用コイルＬｔとの間の距離に対する、磁性コアＣｔの第１または第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２の外側に突出する長さの比率が１以下となるように配置されれば、コイルユニットを大型化することなく、電力伝送効率の低下を抑制しつつ、送受電コイルに相対的な位置関係が変化したとしても、不要な漏洩磁界を低減する効果が得られる。

続いて、受電コイルＬｒおよび整流回路ＤＢについて説明する。受電コイルＬｒは、磁性コアＣｒに銅やアルミニウムで構成された巻線Ｗｒを螺旋状に巻回して構成されるソレノイドコイルであり、本実施形態においては、受電コイルＬｒの軸方向は電力伝送用コイルＬｔの軸方向と平行となっている。受電コイルＬｒの巻数は、送電コイルユニットＬｔｕと受電コイルユニットＬｒとの間の距離や、所望の電力伝送効率に基づき適宜設定される。受電コイルＬｔは、電力伝送用コイルＬｔから伝送された電力を受電する役割を果たす。

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装置を電気自動車などの車両への給電設備に適応した場合、車両が有する二次電池が挙げられる。

次に、図３を参照して、本実施形態に係るコイルユニットＬｔｕの漏洩磁界低減について説明する。図３は、図２において、送電コイルユニットの電力伝送用コイル、および、第１および第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３では、電力伝送用コイルＬｔが発生する磁束Ｂｔと、第１および第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２が発生する磁束Ｂｃ１，Ｂｃ２が示されている。ただし、磁性コアＣｔ，Ｃｒ中の磁束の図示は省略している。

図３に示されるように、電力伝送用コイルＬｔが発生する磁束Ｂｔの一部は受電コイルＬｒに鎖交している。このように受電コイルＬｒに磁束Ｂｔが鎖交することによって、受電コイルＬｒに起電力が生じる。そして、受電コイルＬｒに生じた電力は、整流回路ＤＢで整流され、負荷Ｒに供給される。

一方、第１および第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２は、それぞれ磁束Ｂｃ１，Ｂｃ２を発生している。ここで、第１および第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２と電力伝送用コイルＬｔとは、互いに逆向きの磁界を発生しているため、磁束Ｂｃ１，Ｂｃ２の周回方向は電力伝送用コイルＬｔが発生する磁束Ｂｔの周回方向と逆向きとなる。すなわち、送電コイルユニットＬｔｕから離れた場所においては、第１および第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２が発生する磁束と、電力伝送用コイルＬｔが発生する磁束が互いに打ち消し合うこととなる。その結果、送電コイルユニットＬｔｕから離れた場所における磁束密度で示される漏洩磁界強度は低下する。なお、第１および第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２の巻数は電力伝送用コイルＬｔの巻数より少ないので、第１および第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２が発生する磁界の強度が、電力伝送用コイルＬｔが発生する磁界の強度に比べて高くなり過ぎて第１および第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２により不要な漏洩磁界が形成されてしまうことが抑制される。

ここで、電力伝送用コイルＬｔの長さと、第１の補助コイルの長さＬｔｃ１と、第２の補助コイルＬｔｃ２の長さとの和は、磁性コアＣｔの長さの半分以下であり、第１および第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２は、電力伝送用コイルＬｔと第１または第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２との間の距離に対する、磁性コアＣｔの第１または第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２の外側に突出する長さの比率が１以下となるように配置されている。そのため、送電コイルユニットＬｔｕを小型化しても、磁性コアＣｔの長さに対して、第１または第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２が極端に電力伝送用コイルＬｔに近接して配置されることはない。その結果、第１および第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２が発生する磁束Ｂｃ１，Ｂｃが電力伝送用コイルＬｔにも鎖交し、第１および第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２によって、電力伝送用コイルＬｔが発生する磁束Ｂｔのうち、受電コイルＬｒに鎖交する磁束までも打ち消してしまうことが抑制される。すなわち、送電コイルユニットＬｔｕを小型化しても、電力伝送効率の低下を抑制することができる。

ところで、一般にコイルの発生磁束量を示すインダクタンスは、巻数と磁性コアの形状および透磁率によって大きく変化する。すなわち、本実施形態に係るコイルユニットにおいては、電力伝送用コイルＬｔ、および、第１または第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２の磁性コアＣｔは共通であるので、電力伝送用コイルＬｔ、および、第１または第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２のコイル１巻当たりのインダクタンスを考えると、電力伝送用コイルＬｔの１巻当たりのインダクタンスに対する第１または第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２の１巻当たりのインダクタンスは、電力伝送用コイルＬｔと第１または第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２との間の距離に対する、磁性コアＣｔの第１または第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２の外側に突出する長さの比率に依存する。

具体的には、電力伝送用コイルＬｔの１巻当たりのインダクタンスは、電力伝送用コイルＬｔと第１の補助コイルＬｔｃ１との間の距離と、電力伝送用コイルＬｔと第２の補助コイルＬｔｃ２との間の距離に大きく依存し、第１の補助コイルＬｔｃ１の１巻当たりのインダクタンスは、電力伝送用コイルＬｔと第１の補助コイルＬｔｃ１との間の距離と、磁性コアＣｔの第１の補助コイルＬｔｃ１の外側に突出する長さに大きく依存し、第２の補助コイルＬｔｃ２の１巻当たりのインダクタンスは、電力伝送用コイルＬｔと第２の補助コイルＬｔｃ２との間の距離と磁性コアＣｔの第２の補助コイルＬｔｃ２の外側に突出する長さに大きく依存する。すなわち、電力伝送用コイルＬｔと第１または第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２との間の距離をｄ１、磁性コアＣｔの第１または第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２の外側に突出する長さをｄ２とすれば、電力伝送用コイルＬｔの１巻当たりのインダクタンスに対する第１または第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２の１巻当たりのインダクタンスは、ｄ２／ｄ１に依存することとなる。

たとえば、ｄ２／ｄ１が１であれば、電力伝送用コイルＬｔの１巻当たりのインダクタンスに対する第１または第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２の１巻当たりのインダクタンスの比率も概ね１程度となる。この場合、電力伝送用コイルＬｔの漏洩磁界を、第１の補助コイルＬｔｃ１と第２の補助コイルＬｔｃ２とで効率よく打ち消すためには、電力伝送用コイルＬｔの巻数に対する第１および第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２の巻数の比率を０．５程度とすることが望ましい。

一方、ｄ２／ｄ１が１以下である場合、電力伝送用コイルＬｔの１巻当たりのインダクタンスに対する第１または第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２の１巻当たりのインダクタンスは低下するので、電力伝送用コイルＬｔの漏洩磁界を、第１の補助コイルＬｔｃ１と第２の補助コイルＬｔｃ２とで効率良く打ち消すためには、電力伝送用コイルＬｔの巻数に対する第１および第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２の巻数の比率を０．５以上とする必要がある。ただし、ｄ２／ｄ１の値の変化に対して、最も効率よく漏洩磁界を低減するための巻数比の変化はそれほど大きくなく、より具体的には、ｄ２／ｄ１が０であっても最も効率よく漏洩磁界を低減するための、電力伝送用コイルＬｔの巻数に対する第１および第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２の巻数の比率は０．８程度である。したがって、電力伝送用コイルＬｔの巻数に対する第１および第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２の巻数の比率を０．５〜０．８の範囲の値に設定することにより、より効果的に電力伝送用コイルが発生する不要な漏洩磁界を低減することができる。

さらに、本実施形態に係るコイルユニットにおいては、電力伝送用コイルＬｔ、および、第１または第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２のインダクタンスは、受電コイルＬｒの磁性コアＣｒの位置によっても変化する。具体的には、電力伝送用コイルＬｔ、または、第１または第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２と受電コイルＬｒの磁性コアＣｒとの距離が小さくなるほどコイルが発生する磁束量が増加するため、インダクタンスは大きくなる。すなわち、受電コイルＬｒが、電力伝送用コイルＬｔの軸方向に位置ずれした場合、電力伝送用コイルＬｔの１巻当たりのインダクタンスに対する第１または第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２の１巻当たりのインダクタンスは変化する。しかし、本実施形態に係るコイルユニットＬｔｕは、電力伝送用コイルＬｔの両側に一対の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２を備える構造であるため、受電コイルＬｒが、電力伝送用コイルＬｔの軸方向に位置ずれして、第１または第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２のうち、いずれか一方のインダクタンスが増加しても、第１または第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２のうち、他方のインダクタンスは減少するので、漏洩磁界低減効果は、受電コイルＬｒの位置ずれの影響を受け難い構造となっている。すなわち、送電コイルユニットＬｔｕと受電コイルＬｒの相対的な位置関係が変化しても漏洩磁界低減効果が維持される。

またさらには、本実施形態においては、第１および第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２の引出し線Ｌ１，Ｌ２は、第１および第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２の軸方向と平行となっている。この場合、引出し線Ｌ１，Ｌ２の周囲に誘起される磁界は第１および第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２が発生する磁界と直交することとなる。その結果、引出し線Ｌ１，Ｌ２の周囲に誘起される磁界が第１および第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２が発生する磁界に影響を及ぼすことを防ぐことができるため、所望の漏洩磁界低減効果に応じて設定された巻数Ｎ２を有する第１および第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２によって、より確実に不要な漏洩磁界を低減することができる。

以上のように、本実施形態に係る送電コイルユニットＬｔｕは、電力伝送用コイルＬｔの両側であって、電力伝送用コイルＬｔと離間して、磁性コアＣｔに巻回される一対の第１および第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２を備え、第１および第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２と、電力伝送用コイルＬｔとは互いに逆向きの磁界を発生する。その結果、送電コイルユニットＬｔｕから離れた場所においては、第１および第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２が発生する磁界と電力伝送用コイルＬｔが発生する磁界が互いに打ち消し合う。なお、第１および第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２の巻数は電力伝送用コイルＬｔの巻数より少ないので、第１および第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２が発生する磁界の強度が高くなり過ぎることは抑制される。さらに、電力伝送用コイルＬｔの両側に一対の第１および第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２が配置されるので、送電コイルユニットＬｔｕと、受電コイルＬｒの相対的な位置関係が変化しても漏洩磁界低減効果が維持される。ここで、電力伝送用コイルＬｔの長さと、第１の補助コイルの長さＬｔｃ１と、第２の補助コイルＬｔｃ２の長さとの和は、磁性コアＣｔの長さの半分以下であり、第１または第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２は、電力伝送用コイルＬｔと第１または第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２との間の距離に対する、磁性コアＣｔの第１または第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２の外側に突出する長さの比率が１以下となるように配置される。そのため、送電コイルユニットＬｔｕを小型化しても、磁性コアＣｔの長さに対して、第１または第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２が極端に電力伝送用コイルＬｔに近接して配置されることはないので、第１および第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２が発生する磁束が電力伝送用コイルＬｔにも鎖交し、第１または第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２によって、電力伝送用コイルＬｔが発生する磁束のうち、ワイヤレス電力伝送に寄与する磁束までも打ち消してしまうことが抑制される。その結果、送電コイルユニットＬｔｕを大型化することなく、電力伝送効率の低下を抑制できる。

また、本実施形態に係る送電コイルユニットＬｔｕにおいては、第１および第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２の巻数は、電力伝送用コイルＬｔの巻数に対する比率が０．５以上かつ０．８以下となるように設定されている。そのため、第１および第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２が発生する磁界と電力伝送用コイルＬｔが発生する磁界の打ち消し合いにより、より効果的に電力伝送用コイルＬｔが発生する不要な漏洩磁界を低減することができる。

さらに、本実施形態に係る送電コイルユニットＬｔｕにおいては、第１または第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２の電力伝送用コイルＬｔと接続される側と逆側の巻線Ｗｔの終端部分から引出される引出し線Ｌ１，Ｌ２は、第１または第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２の軸方向と平行である。そのため、引出し線Ｌ１，Ｌ２の周囲に誘起される磁界は第１および第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２が発生する磁界と直交することとなる。その結果、引出し線Ｌ１，Ｌ２の周囲に誘起される磁界が第１および第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２が発生する磁界に影響を及ぼすことを防ぐことができるため、第１および第２の補助コイルＬｔｃ１，Ｌｔｃ２によって、より確実に不要な漏洩磁界を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。

ＰＷ…電源、ＩＮＶ…インバータ、Ｌｔｕ…送電コイルユニット、Ｌｔ…電力伝送用コイル、Ｗｔ…電力伝送用コイルの巻線、Ｃｔ…磁性コア、Ｌｔｃ１，Ｌｔｃ２…第１および第２の補助コイル、Ｗｔｃ１，Ｗｔｃ２…第１および第２の補助コイルの巻線、Ｌ１，Ｌ２…第１および第２の補助コイルの引出し線、Ｌｒ…受電コイル、Ｗｒ…受電コイルの巻線、Ｃｒ…磁性コア、ＤＢ…整流回路、Ｒ…負荷、Ｂｔ…電力伝送用コイルが発生する磁束、Ｂｃ１，Ｂｃ２…第１および第２の補助コイルが発生する磁束。

Claims

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、
板状または棒状の磁性コアと、
前記磁性コアに巻線が巻回された電力伝送用コイルと、
電力伝送用コイルの両側であって、電力伝送用コイルと離間して、前記磁性コアに巻回される一対の第１および第２の補助コイルを備え、
電力伝送用コイルと第１および第２の補助コイルとは、互いに逆向きの磁界を発生し、
前記第１および第２の補助コイルの巻数は、前記電力伝送用コイルの巻数より少なく、
前記電力伝送用コイルの長さと、前記第１の補助コイルの長さと、前記第２の補助コイルの長さとの和は、前記磁性コアの長さの半分以下であり、
前記電力伝送用コイルと前記第１または第２の補助コイルとの間の距離に対する、前記磁性コアの前記第１または第２の補助コイルの外側に突出する長さの比率が１以下であることを特徴とするコイルユニット。
前記電力伝送用コイルの巻数に対する、前記第１および第２の補助コイルの巻数の比率が０．５以上かつ０．８以下であることを特徴とする請求項１に記載のコイルユニット。
前記第１または第２の補助コイルの前記電力伝送用コイルと接続される側と逆側の巻線の終端部分から引出される引出し線は、前記第１または第２の補助コイルの軸方向と平行であることを特徴とする請求項１または２に記載のコイルユニット。