JP6323192B2 - 電力伝送用パッド配置構造および非接触電力伝送システム - Google Patents

Description

本発明は、複数の電力伝送用パッドの配置にかかる電力伝送用パッド配置構造と、電力伝送用パッド配置構造を受電パッドや送電パッドとして有する非接触電力伝送システムに関する。

従来では、共鳴法を用いた非接触給電において発生する漏洩電磁場を低減することを目的とするコイルユニットに関する技術の一例が開示されている（例えば特許文献１を参照）。このコイルユニットは、４つの共振コイルは、各コイルの巻回中心が四角形となるように配置される。四角形の一方の対角線に配置されたコイル同士の発生する電磁場が互いに同位相とされ、他方の対角線に配置されたコイルは一方の対角線に配置された共振コイルに対して発生する電磁場が逆位相とされる。

特開２０１１−２３４４９６号公報

しかし、送電側パッドと受電側パッドとの相互間距離が大きくなると、一方側のパッド同士で磁気結合してしまうため、送電側パッドと受電側パッドとの磁気結合が小さくなるという問題がある。送電側パッドと受電側パッドとの磁気結合が小さくなれば、同じ電力を送電しても、受電できる電力が小さくなる。

本発明はこのような点に鑑みてなしたものであり、一方側のパッド同士で磁気結合するのを抑制して、従来よりも電力の伝送効率を向上できる電力伝送用パッド配置構造および非接触電力伝送システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた第１の発明は、コア（２１ｃ，２１ｇ，２１ｈ）と、前記コアに巻かれる巻線（Ｌ，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４）を有し、非接触で電力を送電または受電する際に用いる電力伝送用パッドを複数有し、複数の前記電力伝送用パッドは、一の前記電力伝送用パッド（１５，２１）の主磁束（φＭ，φＭ１）と、他の前記電力伝送用パッド（１６，２２）の主磁束（φＭ，φＭ２）とが、複数の前記電力伝送用パッドから所定距離以上離れた遠方点（ＰＸ，ＰＹ）において流れ方向が互いに逆方向となるように配置され、一の前記電力伝送用パッドおよび他の前記電力伝送用パッドは、前記電力伝送用パッドの磁極（ＭＰ１，ＭＰ２）間方向の辺の長さをＷとし、一の前記電力伝送用パッドのコアと他の前記電力伝送用パッドのコアが対向する面の相互間距離をＰとするとき、比率Ｐ／Ｗが０．２≦Ｐ／Ｗ≦１０の範囲内となるように配置されることを特徴とする。

この構成によれば、複数の電力伝送用パッドは互いに遠方点において流れ方向が互いに逆方向となるように配置される。この配置構造によって、一方側（送電側または受電側）のパッド同士で磁気結合するのが抑制されるので、遠方での電磁界強度を下げつつ、従来よりも電力の伝送効率を向上できる。また、複数の電力伝送用パッドのそれぞれで独立して電力を伝送できるので、電力伝送用パッド配置構造を構成する電力伝送用パッドの数に応じた電力を伝送できる。また、比率Ｐ／Ｗが０．２〜１０の範囲内であるので、一方側（送電側または受電側）のパッド同士で磁気結合するのをより確実に抑制し、従来よりも電力の伝送効率をより確実に向上できる。なお、「所定距離」や「遠方点」は任意に設定してよい。

第２の発明は、一の前記電力伝送用パッドと他の前記電力伝送用パッドは、前記電力伝送用パッドにかかる前記主磁束の磁極間距離をＸとし、一の前記電力伝送用パッドと他の前記電力伝送用パッドとの相互間距離をＹとし、一の前記電力伝送用パッドにかかる前記主磁束の中心線（ＣＬ１）と、他の前記電力伝送用パッドにかかる前記主磁束の中心線（ＣＬ２）との相対的なずれ量をＺとするとき、次式［Ｙ≦１０ＸまたはＺ≦１０Ｘ、かつ、（Ｙ²＋Ｚ²）^1/2≧Ｘ／５］を満たすように配置されることを特徴とする。

Ｙ＞１０Ｘの場合は、電力伝送用パッド同士が離れ過ぎるために、複数の電力伝送用パッドから所定距離以上離れた遠方点において漏れ磁束の打ち消し（キャンセル）効果が低くなる。Ｙ＞１０Ｘ，Ｚ＞１０Ｘ，（Ｙ²＋Ｚ²）^1/2＜Ｘ／５のいずれかを満たす場合は、従来技術と同様に一方側のパッド同士で磁気結合し易くなり、電力伝送ができなくなる。この構成によれば、Ｙ≦１０ＸまたはＺ≦１０Ｘ、かつ、（Ｙ²＋Ｚ²）^1/2≧Ｘ／５を満たすことにより、一方側（送電側または受電側）のパッド同士で磁気結合するのを抑制し、従来よりも電力の伝送効率をより確実に向上できる。

第３の発明は、車両（１０）の通路に設けられる送電パッド（２１，２２，２６０，２７０）と、前記送電パッドに出力して送電する電力を制御する送電制御手段（２１０）とを有する送電装置（２００）と、前記車両に設けられる受電パッド（１５，１６，３２０，３６０）と、前記受電パッドで受電した電力を制御する受電制御手段（３１０）とを有する受電装置（３００）とを備え、前記送電パッドと前記受電パッドとを対面させ、非接触で電力伝送を行う非接触電力伝送システム（１００）において、請求項１から３のいずれか一項に記載の電力伝送用パッド配置構造（ＳＴ，ＳＴ１，ＳＴ２，ＳＴ３）を、複数の前記受電パッドと複数の前記送電パッドとのうちで一方または双方に適用することを特徴とする。

この構成によれば、一方側（送電側または受電側）のパッド同士で磁気結合するのをより確実に抑制し、従来よりも電力の伝送効率をより確実に向上できる非接触電力伝送システムを提供することができる。

車両等の構成例を示す模式図である。 非接触電力伝送システムの構成例を示す模式図である。 電力伝送用パッドの第１構成例を模式的に示す平面図である。 図３に示す矢印IV方向からみた側面図である。 図３に示す矢印IV方向からみた側面の外観図である。 電力伝送用パッド配置構造の第１配置構造例を示す平面図である。 電力伝送用パッド配置構造の第１配置構造例を示す斜視図である。 結合係数と比率｛Ｙ／Ｘ（Ｚ／Ｘ）｝の一例を示すグラフ図である。 遠方点での電磁界強度とパッド離隔距離正規化値｛（Ｙ²＋Ｚ²）^1/2／Ｘ｝の一例を示すグラフ図である。 複数の巻線に出力する周波数と位相の一例を示すグラフ図である。 電力伝送用パッド配置構造の第２配置構造例を示す平面図である。 結合係数と比率｛Ｐ／Ｗ｝の一例を示すグラフ図である。 図１２に示すXIII部分を拡大して示すグラフ図である。 電力伝送用パッド配置構造の第３配置構造例を示す平面図である。 送電部に電力伝送用パッド配置構造を備える例を示す模式図である。 受電部に電力伝送用パッド配置構造を備える例を示す模式図である。 電力伝送用パッド配置構造の第４配置構造例を示す平面図である。 図１７に示す矢印XVIII方向からみた側面図である。 電力伝送用パッドの第３構成例を模式的に示す平面図である。 図１９に示す矢印XX方向からみた側面図である。 電力伝送用パッドの第４構成例を模式的に示す平面図である。 図２１に示す矢印XXII方向からみた側面図である。 電力伝送用パッドの第５構成例を模式的に示す平面図である。 図２３に示す矢印XXIV方向からみた側面図である。 非接触電力伝送システムの第１変形例を部分的に示す模式図である。 非接触電力伝送システムの第２変形例を部分的に示す模式図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。なお、特に明示しない限り、「接続する」という場合には電気的に接続することを意味する。各図は、本発明を説明するために必要な要素を図示し、実際の全要素を図示しているとは限らない。上下左右等の方向を言う場合には、図面の記載を基準とする。以下では、「電力伝送用パッド配置構造」を単に「配置構造」と呼ぶことにする。英数字の連続符号は記号「〜」を用いて略記する。例えば「送電パッド２１Ａ〜２１Ｆ」は「送電パッド２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅ，２１Ｆ」を意味する。実施の形態１〜３では、交流電流から発生する磁束を巻線（コイル）に結合させて電力を伝送する電磁誘導方式を適用する。

〔実施の形態１〕
実施の形態１は図１〜図１４を参照しながら説明する。図１に示す車両１０は、電池１１，制御システム１２，受電部１３などを有する。電池１１は、蓄電と放電が行えれば種類を問わず、例えばリチウムイオン電池や鉛蓄電池などのような二次電池が該当する。制御システム１２は、車両１０全体の制御を司るシステムであり、例えばＥＣＵ（Electronic Control Unit）やコンピュータ等を含む。受電部１３は、後述する送電部２０との相互誘導作用によって非接触で電力伝送を行う受電側要素であって、受電側電力変換器１４や受電パッド１５，１６などを含む。受電側電力変換器１４は、受電パッド１５，１６で受電した電力について、電池１１に蓄電したり、制御システム１２に伝送したりするなどの制御を行う。受電パッド１５，１６はそれぞれ「電力伝送用パッド」に相当し、非接触で電力伝送を行う要素（巻線やコンデンサ等）を含む。

送電部２０は、上述した受電部１３との相互誘導作用によって非接触で電力伝送を行う送電側要素であって、送電パッド２１，２２や送電側電力変換器２５などを含む。送電パッド２１，２２はそれぞれ「電力伝送用パッド」に相当し、非接触で電力伝送を行う要素（巻線やコンデンサ等）を含む。送電側電力変換器２５は、電力源３０から供給される電力を受けて、送電パッド２１，２２による電力伝送の制御を行う。

上述した送電部２０と受電部１３は、図２に示す非接触電力伝送システム１００を構成する。図２には、非接触電力伝送システム１００の第１構成例である非接触電力伝送システム１１０を示す。非接触電力伝送システム１１０は、送電部２０に相当する送電装置２００や、受電部１３に相当する受電装置３００などを有する。本形態では、受電した電力を電池１１に蓄電する例について説明する。なお、電力の供給を受けて作動（充電を含む）する他の機器（車両１０に備えるか否かを問わない）に電力を供給してもよい。

送電装置２００は、送電側電力変換器２５や送電パッド２６０，２７０などを有する。送電側電力変換器２５は、送電制御手段２１０，フィルタ部２２０，整流回路２３０，コンバータ２４０，インバータ２５０などを有する。送電制御手段２１０は、送電装置２００全体の制御を司る。本形態の送電制御手段２１０は、主にコンバータ２４０とインバータ２５０の作動を個別に制御する。フィルタ部２２０は、電力源３０から供給される交流電力に含まれるノイズを低減する。整流回路２３０は、交流を直流に整流して出力する。当該整流回路２３０は、力率を改善するため、力率改善（ＰＦＣ；Power Factor Correction）回路を含めるとよい。コンバータ２４０は、送電制御手段２１０から伝達される指令に従って、整流回路２３０で変換された直流電力の電圧（すなわち直流電圧）を昇降圧して出力するＤＣ−ＤＣコンバータである。インバータ２５０は、送電制御手段２１０から伝達される指令に従って、直流電力を交流電力に変換して出力する。コンバータ２４０から出力されてインバータ２５０に入力される電圧を電圧値Ｖｓとする。送電パッド２１，２２にそれぞれ相当する送電パッド２６０，２７０は、車両１０の通路に設けられ、インバータ２５０から出力された交流電力を電磁力で送電する。本形態の送電パッド２６０，２７０は、巻線Ｌ１とコンデンサＣ１が並列接続される。巻線Ｌ１とコンデンサＣ１は、所定の周波数で共振するように設定される。巻線Ｌ１（コイル）は巻線Ｌに相当し、例えば銅線やリッツ線等を用いる。

受電装置３００は、受電側電力変換器１４や受電パッド３２０，３６０などを有する。受電側電力変換器１４は、受電制御手段３１０，整流回路３３０，コンバータ３４０，フィルタ部３５０などを有する。受電制御手段３１０は、受電装置３００全体の制御を司る。本形態の受電制御手段３１０は、主にコンバータ３４０の作動を制御する。受電パッド１５，１６に相当する受電パッド３２０，３６０は、対面する送電パッド２６０，２７０から電磁力で送電される電力を受電する。本形態の受電パッド３２０，３６０は、巻線Ｌ２とコンデンサＣ２が並列接続される。巻線Ｌ２とコンデンサＣ２は、上述した所定の周波数で共振するように設定される。巻線Ｌ２（コイル）は巻線Ｌに相当し、例えば銅線やリッツ線等を用いる。整流回路３３０は交流を直流に整流して出力する。コンバータ３４０は、受電制御手段３１０から伝達される指令に従って、整流回路２３０で変換された直流電力の電圧（すなわち直流電圧）を昇降圧して出力するＤＣ−ＤＣコンバータである。整流回路３３０から出力されてコンバータ３４０に入力される電圧を電圧値Ｖｒとする。フィルタ部３５０は、コンバータ３４０から出力される電力に含まれる交流成分を低減し、電池１１に蓄電する。

本発明は、受電パッド１５，１６に適用してもよく、送電パッド２１，２２に適用してもよい。以下では、送電パッド２１に適用する場合を代表して、図３〜図５を参照しながら構成例を説明する。なお、図３，図４では内部構造を分かり易くするために、カバー部材２１ｂを二点鎖線で示し、モールド材２１ｍ（例えば樹脂）の図示を省略している。

図３〜図５に示す送電パッド２１Ａは、送電パッド２１の第１構成例である。当該送電パッド２１Ａは、シールド部材２１ａ，カバー部材２１ｂ，コア２１ｃ，巻線Ｌなどを有する。シールド部材２１ａは、磁束を遮蔽する材料（例えばアルミニウム，銅等）によって、コア２１ｃよりも大きな所定形状（本形態では四角形状）の平板に成形される。このシールド部材２１ａは、コア２１ｃの片面側（図４，図５では下面側）に配置される。カバー部材２１ｂは、後述するモールド材２１ｍを覆う部材である。成形する材料や形状等を問わない。本形態では、例えばＦＲＰ，ＰＰＳ，６−６ナイロンなどの材料を用いて、四角錐台状に成形する。

コア２１ｃは、例えばフェライト，アモルファス，ダストコア等のような磁性体で成形される。本形態のコア２１ｃは、板状で複数の分割コア（すなわち上段コア２１ｃ１，２１ｃ３や下段コア２１ｃ２等）で構成する。上段コア２１ｃ１，２１ｃ３と下段コア２１ｃ２は、図示するように互い違いに配置され、部分的に重なるように成形される。図３〜図５に示す構成例では、各コアを図面左右方向にずらして部分的に重ねている。コア２１ｃ（上段コア２１ｃ１，２１ｃ３および下段コア２１ｃ２）は、一体成形してもよく、別体に成形した後に固定手段で固定してもよい。一体成形の種類は問わず、例えば鋳造成形でもよく、加工成形でもよい。固定手段も問わず、例えば締結部材（ネジ，ボルト等）を用いる締結や、母材を溶かすことで溶接（アーク溶接等）を行う接合、接着剤を用いる接着などが該当する。

コア２１ｃに対する巻線Ｌ１の巻き付けは任意に設定してよい。例えば図３〜図５に示す巻き付け例では、二手（図面左側と図面右側）に分けて段違い状に巻き付けている。図面左側では、上段コア２１ｃ１の右側面側かつ下段コア２１ｃ２の上面側と、上段コア２１ｃ１の下面側かつシールド部材２１ａの上面側の間で、段違い状に巻き付けている。図面右側では、上段コア２１ｃ３の左側面側かつ下段コア２１ｃ２の上面側と、上段コア２１ｃ３の下面側かつシールド部材２１ａの上面側の間で、段違い状に巻き付けている。上段コア２１ｃ１，２１ｃ３とシールド部材２１ａの間に巻線Ｌ１を収容するように巻き付けることで、コア２１ｃの寸法範囲内で巻き付けることができる。コア２１ｃに巻き付けた後の巻線Ｌ１は、図１に示すように並列接続されるコンデンサＣ２を経て、インバータ２５０に接続される。

図５に破線で示すモールド材２１ｍは、樹脂（例えばエポキシ樹脂等）を用いてモールド成形される。例えば図５に示すように、シールド部材２１ａとカバー部材２１ｂで囲まれる内部空間ＳＰに樹脂が充填され、コア２１ｃおよび巻線Ｌ２を覆う。なお、硬化後における強度を高めるためにフィラーを添加するとよい。

本発明にかかる電力伝送用パッドの配置構造について、図６〜図１４を参照しながら説明する。当該配置構造は、受電パッド１５，１６に適用してもよく、送電パッド２１，２２に適用してもよい。以下では、送電パッド２１，２２に適用する場合を代表して説明する。なお、図６，図７，図１１，図１４では構造を分かり易くするために、巻線Ｌ（Ｌ１，Ｌ２）の図示を省略している。

以下では、送電パッド２１が「一の電力伝送用パッド」に対応し、送電パッド２２が「他の電力伝送用パッド」に対応する。なお、送電パッド２１を「他の電力伝送用パッド」に対応させ、送電パッド２２を「一の電力伝送用パッド」に対応させる場合も同様である。また、「一方側のパッド同士」は、送電パッド２１，２２同士や、受電パッド１５，１６同士）を意味する。「送電側と受電側のパッド」は、送電パッド２１と受電パッド１５や、送電パッド２２と受電パッド１６を意味する。

（第１配置構造例）
図６，図７には、送電パッド２１と送電パッド２２の配置構造ＳＴ１を示す。これらの図において、送電パッド２１，２２の主磁束φＭ１，φＭ２（鎖交磁束）について、磁極ＭＰ１と磁極ＭＰ２の相互間距離を磁極間距離Ｘとする。送電パッド２１と送電パッド２２との相互間距離をパッド間距離Ｙとする。送電パッド２１にかかる主磁束φＭ１の中心線ＣＬ１と、送電パッド２２にかかる主磁束φＭ２の中心線ＣＬ２との相対的なずれ量をオフセットＺとする。図７に示すように、送電パッド２１，２２と受電パッド１５，１６との相互間距離をギャップＨとする。

なお、パッド間距離Ｙの中心線とオフセットＺの中心線が交差する点を位置ＰＯ（原点）とする。位置ＰＯからパッド間距離Ｙの中心線に沿って距離ＬＹ（所定距離に相当する。例えば３０メートル）だけ離れた位置を遠方点ＰＹとする。位置ＰＯからオフセットＺの中心線に沿って距離ＬＸ（所定距離に相当する。例えば３０メートル）だけ離れた位置を遠方点ＰＸとする。遠方点ＰＸ，ＰＹは後述する図１１にも示す。

送電パッド２１と受電パッド１５の間で主磁束φＭ１が流れると、送電パッド２１と受電パッド１５が磁気結合する。送電パッド２１と受電パッド１５の間で主磁束φＭ１が流れ、送電パッド２１と受電パッド１５が磁気結合する。このように磁気結合することで、送電側から受電側に独立して電力（例えば合計して７キロワット）を伝送できる。すなわち、送電パッド２１から受電パッド１５に電力を伝送し、送電パッド２２から受電パッド１６に電力を伝送する。

通電によって生じる磁束には、図７に示すように、上述した主磁束φＭ１から漏れて、主磁束φＭ２と結合する漏れ磁束φＬ１が存在する。また、主磁束φＭ２から漏れて、主磁束φＭ１と結合する漏れ磁束φＬ２も存在する。

ここで、図６に示すように一方側のパッド同士（例えば送電パッド２１，２２）の磁極を互いに逆方向に配置すると、主磁束φＭ１，φＭ２の磁束の流れ方向もまた互いに逆方向となる。そのため、図７のＹ方向の遠方点（例えばパッド寸法の１０倍程度はなれた位置；例えば図１１の遠方点ＰＹ）で、主磁束φＭ１と主磁束φＭ２の一部が打ち消され（キャンセルされ）、該当地点での電磁界強度Ｅ（「漏洩電磁界」とも呼ぶ。）を低減できる。なお、１つのパッド（例えば送電パッド２１）のみが存在する場合は、主磁束φＭ１に相当する電磁界強度Ｅが計測される。また主磁束φＭ１と主磁束φＭ２が同方向の場合は、遠方点で強め合うため、電磁界強度Ｅは２倍となる。

上述した磁極間距離Ｘ，パッド間距離Ｙ，オフセットＺについて様々に変えながら計測してみると、図８，図９のようになった。図８に示す特性線Ｆａでは、比率Ｙ／Ｘ（あるいは比率Ｚ／Ｘ）に対して、０．２以上で結合係数ｋが高くなる。図９に示す特性線Ｆｂでは、パッド離隔距離正規化値（Ｙ²＋Ｚ²）^1/2／Ｘに対して、１０以上で遠方点での電磁界強度Ｅが高くなる。

図８，図９のような変化となるのは、下記の理由によると考えられる。まず、一定値の磁極間距離Ｘに対して、パッド間距離ＹやオフセットＺが大きくなると、遠方点での主磁束φＭ１と主磁束φＭ２の打ち消し効果が小さくなるためである。また、パッド間距離ＹやオフセットＺが小さくなると、一方側のパッド同士で磁気結合し易くなり、送電側パッドと受電側パッドの結合係数ｋが小さくなるためである。

図１０には、配置構造ＳＴ１を構成する送電パッド２１，２２にそれぞれ備える巻線Ｌ１，Ｌ２に対して出力する信号の一例を示す。具体的には、図２に示すインバータ２５０から出力する信号であり、電圧変化の例を示す。図示する正弦波形は、半導体素子をスイッチングすることによって出力される平均電圧の波形を含む。

図１０において、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間を１サイクルとする。実線で示すように、巻線Ｌ１には周波数ｆ１の波形線Ｆ１を出力し、巻線Ｌ２には周波数ｆ２の波形線Ｆ２を出力する。上述した主磁束φＭ１と主磁束φＭ２の打ち消しを考慮すると、周波数ｆ１と周波数ｆ２は同じとするのがよい（ｆ１＝ｆ２）。

また、波形線Ｆ１と波形線Ｆ２の位相θを一致させるとよい（θ＝０）。実線で示す波形線Ｆ１と、二点鎖線で示す波形線Ｆ２のように位相θ（θ＞０）があると、主磁束φＭ１と主磁束φＭ２の打ち消しが少なくなるためである。

（第２配置構造例）
図１１には、送電パッド２１と送電パッド２２が縦列する配置構造ＳＴ２の例を示す。この図において、送電パッド２１の中心位置を位置ＰＡとする。送電パッド２２の中心位置を位置ＰＢとする。送電パッド２１のコアと送電パッド２２のコアが対向する面の相互間距離をパッド端間距離Ｐとする。送電パッド２１，２２の磁極間方向の辺の長さをパッド幅Ｗとする。磁極間方向は、磁極ＭＰ１と磁極ＭＰ２との間の方向であって、図１１では水平方向に相当する。位置ＰＡと位置ＰＢの中間位置を位置ＰＯ（原点）とする。位置ＰＯから送電パッド２１，２２の縦列方向に距離ＬＹだけ離れた位置を遠方点ＰＹとする。位置ＰＯから上記縦列方向と直交する方向に距離ＬＸだけ離れた位置を遠方点ＰＸとする。距離ＬＸと距離ＬＹは同じでもよく異なってもよい。なお配置構造ＳＴ２は、図６に示す配置構造ＳＴ１におけるオフセットＺを無くした配置である（すなわちＺ＝０）。

上述したパッド端間距離Ｐとパッド幅Ｗの比である比率Ｐ／Ｗを変化させて、結合係数ｋと電磁界強度Ｅを遠方点ＰＸで計測してみると、図１２，図１３のようになった。図１２の右上に示すように、送電パッド２１，２２を逆方向に配置（図１１に示す配置構造ＳＴ）したか、あるいは同方向に配置したかによってプロットする記号を変えている。図１３は、図１２に矢印で示すXIIIの範囲を拡大したものである。

電磁界強度Ｅについては、同方向よりも逆方向に配置するほうが小さくなるものの、比率Ｐ／Ｗが大きい領域（図１２の右半分領域）では差が少なくなる。送電パッド２１と送電パッド２２が接近すると、遠方点ＰＸでのキャンセル効果が大きくなる。一方、送電パッド２１と送電パッド２２が離れるに伴って、双方のパッドによる主磁束の打ち消し効果が小さくなる。

本明細書でいう結合係数ｋは、送電パッド２１（２２）と受電パッド１５（１６）が磁気結合する度合いである。図１３では、比率Ｐ／Ｗが所定値ｎ（例えば０．２）以下では同方向よりも逆方向に配置するほうが小さく、比率Ｐ／Ｗが所定値ｎを超えると差が無いに等しい。

ここで、第２配置構造例におけるパッド端間距離Ｐ，パッド幅Ｗ（図１１〜図１３を参照）と、上述した第１配置構造例における磁極間距離Ｘ，パッド間距離Ｙ，オフセットＺ（図６〜図９を参照）との関係について簡単に説明する。

図６と図１１を比べると、磁極間距離Ｘはパッド幅Ｗよりも大きいので、Ｘ＝Ｗ＋α（ただしα＞０）の関係を満たす。パッド間距離Ｙはパッド端間距離Ｐよりも大きいので、Ｙ＝Ｐ＋β（ただしβ＞０）の関係を満たす。図１１に示すように、距離ＬＸとパッド幅Ｗの関係はＬＸ＞＞Ｗであり、距離ＬＹとパッド端間距離Ｐの関係はＬＹ＞＞Ｐである。遠方点ＰＸ，ＰＹからみると、磁極間距離Ｘとパッド幅Ｗの関係はＸ≒Ｗとみなすことができ、パッド離隔距離（Ｙ²＋Ｚ²）^1/2とパッド端間距離Ｐの関係は（Ｙ²＋Ｚ²）^1/2≒Ｐとみなすことができる。

ゆえに比率Ｐ／Ｗと比率Ｙ／Ｘの関係は、Ｐ／Ｗ≒Ｙ／Ｘとみなすことができる。図９に示す結果を考慮すると、比率Ｐ／Ｗ（比率Ｙ／Ｘ）が１０以下の範囲内（すなわちＹ≦１０ＸまたはＺ≦１０Ｘの範囲内）であれば、一方側（送電側または受電側）のパッド同士で磁気結合するのをより確実に抑制することができる。

また、距離ＬＸ，ＬＹとパッド離隔距離（Ｙ²＋Ｚ²）^1/2の関係は、ＬＸ，ＬＹ＞＞（Ｙ²＋Ｚ²）^1/2である。図８，図１３に示す結果を考慮すると、比率Ｐ／Ｗが０．２（所定値ｎ）以上の範囲内（すなわち（Ｙ²＋Ｚ²）^1/2≧Ｘ／５の範囲内）であれば、一方側（送電側または受電側）のパッド同士で磁気結合するのをより確実に抑制することができる。

（第３配置構造例）
図１４には、受電パッド１５と受電パッド１６を縦列させて車両１０に備える配置構造ＳＴ３の例を示す。配置構造ＳＴ３は、図６に示す配置構造ＳＴ１におけるパッド間距離Ｙを無くした配置である（Ｙ＝０）。さらに、オフセットＺを受電パッド１５，１６の縦方向長さ（図１１に示すパッド幅Ｗ）よりも大きくした配置でもある（Ｚ＞Ｗ）。この配置構造ＳＴ３でも、図８や図９に示す特性線Ｆａ，Ｆｂが得られる。ただし、図８，図９は、いずれも横軸が比率Ｚ／Ｘになる。

〔実施の形態２〕
実施の形態２は図１５を参照しながら説明する。なお図示および説明を簡単にするため、特に明示しない限り、実施の形態１で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。

図１５に示す送電部２０は、実施の形態１と同じく送電パッド２１，２２を備える。これに対して、受電部１３は受電パッド１５を備える。送電パッド２１，２２は、主磁束φＭ１と主磁束φＭ２による打ち消し効果がある。そのため、送電パッド２１と受電パッド１５を磁気結合して電力を伝送することができる。図示しないが、送電パッド２２と受電パッド１５を磁気結合して電力（例えば３．３キロワット）を伝送することもできる。受電パッド１５に代えて受電パッド１６を備える場合も同様の効果が得られる。

〔実施の形態３〕
実施の形態３は図１６を参照しながら説明する。なお図示および説明を簡単にするため、特に明示しない限り、実施の形態１で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。

図１６に示す受電部１３は、実施の形態１と同じく受電パッド１５，１６を備える。これに対して、送電部２０は送電パッド２１を備える。受電パッド１５，１６は、主磁束φＭ１と主磁束φＭ２による打ち消し効果がある。そのため、送電パッド２１と受電パッド１５を磁気結合して電力を伝送することができる。図示しないが、送電パッド２１と受電パッド１６を磁気結合して電力（例えば３．３キロワット）を伝送することもできる。送電パッド２１に代えて送電パッド２２を備える場合も同様の効果が得られる。

〔他の実施の形態〕
以上では本発明を実施するための形態について実施の形態１〜３に従って説明したが、本発明は当該形態に何ら限定されるものではない。言い換えれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施することもできる。例えば、次に示す各形態を実現してもよい。以下に示す「組」は「対」となる場合を含む。

上述した実施の形態１〜３では、送電パッド２１，２２や受電パッド１５，１６として、図３〜図５に示す送電パッド２１Ａ（電力伝送用パッド）を適用する構成とした。この形態に代えて、他の構成からなる電力伝送用パッドを適用する構成としてもよい。他の構成にかかる変形例について、図１７〜図２４を参照しながら説明する。なお、送電パッド２１，２２，２３，２４や受電パッド１５，１６，１７，１８のうちで、送電パッド２１に適用する場合を代表して説明する。いずれの電力伝送用パッドにも適用できるので、巻線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４は巻線Ｌとして図示する。構成を分かり易くするため、図１７〜図２４ではカバー部材２１ｂやモールド材２１ｍ等の図示を省略する。

（第１変形例）
図１７，図１８に示す送電パッド２１Ｂは、送電パッド２１の第２構成例である。当該送電パッド２１Ｂは、図３〜図５に示す送電パッド２１Ａの構成に加えて、スペーサ部材２１ｄをさらに備える。

スペーサ部材２１ｄは、巻線Ｌとシールド部材２１ａの間に介在され、材料，形状，数量等を問わない。本形態では、樹脂を用いて短冊状（あるいは長板状）に成形された１２のスペーサ部材２１ｄを用いている。厚みは任意に設定してよく、例えば１ミリメートル以下が該当する。図示する配置に限らず、任意に配置してもよい。図示しないが、スペーサ部材２１ｄはシールド部材２１ａとコア２１ｃ（具体的には下段コア２１ｃ２）の間に介在させてもよい。要するに、送電パッド２１Ｂの全体にわたって巻線Ｌとコア２１ｃを覆うようにモールド材２１ｍを成形できればよい。

（第２変形例）
図１９，図２０に示す送電パッド２１Ｃは、送電パッド２１の第３構成例である。当該送電パッド２１Ｃは、図３〜図５に示す送電パッド２１Ａの構成に加えて、接続線２１ｅ，ケース２１ｆ，コンデンサＣ２，整流回路３３０などをさらに備える。

接続線２１ｅは、巻線Ｌ，コンデンサＣ２，整流回路３３０を接続する線である。巻線Ｌの引き出し線を接続線２１ｅとして利用してもよい。コンデンサＣ２と整流回路３３０は、それぞれが回路要素ＣＥに相当する。これらのコンデンサＣ２と整流回路３３０は、シールド部材２１ａ上に配置されるとともに、ケース２１ｆで覆われる。ケース２１ｆで覆うことで、接続に用いられるハンダの損傷（クラック等）を防止できる。ケース２１ｆを成形する材料や形状等を問わない。形状は、図示する箱状に限らず、コンデンサＣ２と整流回路３３０を覆う形状であれば任意である。シールド部材２１ａとケース２１ｆで囲まれる空間には、任意の樹脂（例えばシリコン樹脂等）を充填してもよい。充填後に樹脂が硬化するか否かを問わない。通電に伴ってコンデンサＣ２や整流回路３３０で生じる熱を逃がすには、熱伝導性が高い樹脂が望ましい。

（第３変形例）
図２１，図２２に示す送電パッド２１Ｄは、送電パッド２１の第４構成例である。図３〜図５に示す送電パッド２１Ａが磁極ＭＰ１と磁極ＭＰ２を一つずつ有するに対して、送電パッド２１Ｄは複数（二つ）の磁極ＭＰ１と一つの磁極ＭＰ２を有する点が相違する。具体的には、シールド部材２１ａ，コア２１ｇ，巻線Ｌ，カバー部材２１ｂ，モールド材２１ｍなどを有する。

コア２１ｇは、図３，図４に示すコア２１ｃと同様の磁性体で成形され、凸状部２１ｇ１，２１ｇ２，２１ｇ４や基部２１ｇ３などを有する。列状に配置される凸状部２１ｇ１，２１ｇ２，２１ｇ４は、いずれも基部２１ｇ３から凸状に成形される部位であり、巻線Ｌを巻く部位でもある。凸状部２１ｇ１，２１ｇ２，２１ｇ４と基部２１ｇ３は、図示するように一体成形してもよく、別体に成形した後に固定手段で固定してもよい。図２１では、巻線Ｌを巻く向きや電流を流す方向に応じて、凸状部２１ｇ１，２１ｇ４が磁極ＭＰ１となり、凸状部２１ｇ２が磁極ＭＰ２となるようにする。

他方側のパッド（本形態では受電パッド１５）に対向する凸状部２１ｇ１，２１ｇ２，２１ｇ４の対向面（図２２では上面）にかかる面積は任意に設定してよい。図２１の例では、凸状部２１ｇ１，２１ｇ４を第１面積Ｓ１に設定し、凸状部２１ｇ２を第２面積Ｓ２に設定している。電磁界強度Ｅ（図１２，図１３を参照）を低く抑えるためには、面積比をＳ１：Ｓ２＝１：２に設定するのが望ましい。図示しないが、第１面積Ｓ１と第２面積Ｓ２に代えて、横幅または縦幅を適用してもよい。要するに、端側の凸状部２１ｇ１，２１ｇ４を中央側の凸状部２１ｇ２よりも小さく設定するとよい。

図示を省略するが、磁極ＭＰ１の数と磁極ＭＰ２の数は、一以上で任意の数をそれぞれ設定してよい。図２１に示す磁極ＭＰ１の数と磁極ＭＰ２の数を逆にしてもよく、この場合は一の磁極ＭＰ１と複数（二つ）の磁極ＭＰ２を有する構成となる。いずれの構成にせよ、磁極ＭＰ１にかかる磁束と、磁極ＭＰ２にかかる磁束が同じになればよい。磁極ＭＰ１の数と磁極ＭＰ２の数については、後述する第４変形例でも同様である。

（第４変形例）
図２３，図２４に示す送電パッド２１Ｅは、送電パッド２１の第５構成例である。送電パッド２１Ｅは、シールド部材２１ａ，コア２１ｈ，巻線Ｌ，カバー部材２１ｂ，モールド材２１ｍなどを有する。より具体的には、図３，図４に示すコア２１ｃに類似する段違い構造のコア２１ｈを用いて、図２１，図２２に示す送電パッド２１Ｄと同様の磁極を生じさせる構成例である。

コア２１ｈは、図３，図４に示すコア２１ｃと同様の磁性体で成形され、板状で複数の分割コア（すなわち上段コア２１ｈ１，２１ｈ２，２１ｈ４や下段コア２１ｈ３等）で構成する。図３，図４に示すコア２１ｃと同様に、上段コア２１ｈ１，２１ｈ２，２１ｈ４と下段コア２１ｈ３は互い違いに配置されて部分的に重なるように成形される。図示するように一体成形してもよく、別体に成形した後に固定手段で固定してもよい。第３変形例と同様にして、上段コア２１ｈ１，２１ｈ４（第１面積Ｓ３）と上段コア２１ｈ２（第２面積Ｓ４）について、面積比をＳ３：Ｓ４＝１：２に設定するのが望ましい。

第４変形例は、第３変形例と比べて巻線Ｌの巻き方が相違する。第３変形例は凸状部２１ｇ１，２１ｇ２，２１ｇ４の側面に沿ってそれぞれ巻くのに対して、第４変形例は図３，図４に示す送電パッド２１Ａ（実施の形態１）と同様に段違い状に巻く。図面左側の巻線Ｌは、上段コア２１ｈ１とシールド部材２１ａとの隙間と、上段コア２１ｈ２に対向する上段コア２１ｈ１の一側面（図２３の右側端面）とを経て巻かれる。図面中央側の巻線Ｌは、上段コア２１ｈ２とシールド部材２１ａとの隙間と、上段コア２１ｈ１，２１ｈ４とそれぞれ対向する上段コア２１ｈ２の側面（図２３の左右側端面）とを経て巻かれる。図面右側の巻線Ｌは、上段コア２１ｈ４とシールド部材２１ａとの隙間と、上段コア２１ｈ２に対向する上段コア２１ｈ４の一側面（図２３の左側端面）とを経て巻かれる。

上述した実施の形態１〜３では、送電パッド２１（２６０）は巻線Ｌ１とコンデンサＣ１を並列接続し、送電パッド２２（２７０）は巻線Ｌ２とコンデンサＣ２を並列接続する構成とした（図２を参照）。また、受電パッド１５（３２０）は巻線Ｌ３とコンデンサＣ３を並列接続し、受電パッド１６（３６０）は巻線Ｌ４とコンデンサＣ４を並列接続する構成とした（図２を参照）。この形態に代えて、一以上の電力伝送用パッドについて、巻線とコンデンサを直列接続する構成としてもよい。図２５には、全ての電力伝送用パッドについて、巻線とコンデンサを直列接続する構成例を示す。図２６には、一部の電力伝送用パッド（送電パッド２２と受電パッド１６）について、巻線とコンデンサを直列接続する構成例を示す。巻線とコンデンサの接続構成を問わず、実施の形態１〜３と同様の作用効果を得ることができる。

上述した実施の形態１〜３では、電流を電磁波に変換しアンテナを介して送受信する電波方式を適用する構成とした（図１，図２を参照）。この形態に代えて、２つの隣接する巻線の一方に電流を流すと発生する磁束を媒介して隣接した他方に起電力が発生する電磁誘導を用いた電磁誘導方式を適用してもよく、電磁界の共鳴現象を利用した電磁界共鳴方式を適用してもよい。いずれの方式も相互誘導作用によって非接触で電力伝送を行えるので、実施の形態１〜３と同様の作用効果が得られる。

上述した実施の形態１〜３では、送電パッド２１Ａ〜２１Ｆを送電パッド２１として適用する構成とした（図３〜図５，図１７〜図２４を参照）。この形態に代えて、送電パッド２１Ａ〜２１Ｇを、送電パッド２２，２３，２４や受電パッド１５，１６，１７，１８のうちで一以上に適用してもよい。非接触電力伝送システム１００において、送電パッド２１Ａ〜２１Ｆの各構成を混在させてもよい。適用対象のパッドが相違するに過ぎないので、実施の形態１〜３と同様の作用効果が得られる。

〔作用効果〕
上述した実施の形態１〜３および他の実施の形態によれば、以下に示す各効果を得ることができる。

（１）配置構造ＳＴ（ＳＴ１，ＳＴ２，ＳＴ３）は、コア２１ｃ，２１ｇ，２１ｈ，２１ｉと、巻線Ｌ（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４）を有し、非接触で電力を送電または受電する際に用いる電力伝送用パッドを複数有し、複数の電力伝送用パッド（送電パッド２１，２２，２３，２４や受電パッド１５，１６，１７，１８）は、一の電力伝送用パッド（例えば受電パッド１５，１７や送電パッド２１，２３）の主磁束φＭ（φＭ１）と、他の電力伝送用パッド（例えば受電パッド１６，１８や送電パッド２２，２４）の主磁束φＭ（φＭ２）とは、複数の前記電力伝送用パッドから所定距離以上離れた遠方点ＰＸ，ＰＹにおいて流れ方向が互いに逆方向となるように配置される構成とした（図６，図７，図１１，図１４を参照）。この構成によれば、遠方点ＰＸ，ＰＹにおいて主磁束φＭ１と主磁束φＭ２の一部が打ち消されるので、一方側（送電側または受電側）のパッド同士で結合するのが抑制される。したがって、遠方での電磁界強度Ｅを下げつつ、従来よりも電力の伝送効率を向上できる。また、複数の電力伝送用パッドのそれぞれで独立して電力を伝送できるので、電力伝送用パッドの数に応じた電力を伝送できる。

さらに、一の電力伝送用パッドと他の電力伝送用パッドは、電力伝送用パッドの磁極間方向の辺の長さをＷとし、一の電力伝送用パッドのコアと他の電力伝送用パッドのコアが対向する相互間距離をパッド端間距離Ｐとするとき、比率Ｐ／Ｗが０．２≦Ｐ／Ｗ≦１０の範囲内となるように配置される構成とした（図１２，図１３を参照）。この構成によれば、比率Ｐ／Ｗが０．２≦Ｐ／Ｗ≦１０の範囲内となるように配置されると、主磁束φＭ１と主磁束φＭ２の一部が確実に打ち消される。よって、一方側（送電側または受電側）のパッド同士で結合するのが抑制され、従来よりも電力の伝送効率を向上できる。

（３）一の電力伝送用パッドと他の電力伝送用パッドは、電力伝送用パッドにかかる主磁束φＭ（φＭ１，φＭ２）の磁極間距離をＸとし、一の電力伝送用パッドと他の電力伝送用パッドとの相互間距離をＹとし、一の電力伝送用パッドにかかる主磁束の中心線と、他の電力伝送用パッドにかかる主磁束の中心線との相対的なずれ量をＺとするとき、次式［Ｙ≦１０ＸまたはＺ≦１０Ｘ、かつ、（Ｙ²＋Ｚ²）^1/2≧Ｘ／５］を満たすように配置される構成とした（図６，図７を参照）。この構成によれば、主磁束φＭ１と主磁束φＭ２の打ち消し効果をより確実に確保できる。よって、一方側（送電側または受電側）のパッド同士で結合するのをより確実に抑制し、従来よりも電力の伝送効率をより確実に向上できる。

（４）車両１０の通路に設けられる送電パッド２１〜２４と、送電パッド２１〜２４に出力して送電する電力を制御する送電制御手段２１０とを有する送電装置２００と、車両１０に設けられる受電パッド１５〜１８と、受電パッド１５〜１８で受電した電力を制御する受電制御手段３１０とを有する受電装置３００とを備え、送電パッド２１〜２４と受電パッド１５〜１８とを対面させ、非接触で電力伝送を行う非接触電力伝送システム１００において、配置構造ＳＴ（ＳＴ１，ＳＴ２，ＳＴ３）を、複数の受電パッド１５〜１８と複数の送電パッド２１〜２４とのうちで一方または双方に適用する構成とした（図１，図２，図７を参照）。この構成によれば、一方側（送電側または受電側）のパッド同士で磁気結合するのをより確実に抑制し、従来よりも電力の伝送効率をより確実に向上できる非接触電力伝送システム１００を提供することができる。

（５）複数の受電パッド１５〜１８は車両１０に備えられ、受電制御手段３１０は、送電パッド２１〜２４から受電パッド１５〜１８に非接触で伝送される電力を、車両１０に備えられる電池１１に充電する構成とした（図１，図１５，図１６を参照）。この構成によれば、一方側（送電側または受電側）のパッド同士で磁気結合するのを抑制し、従来よりも電力の伝送効率を高めて電池１１への充電を行うことができる。

（６）送電制御手段２１０は、複数の送電パッド２１〜２４に対して、周波数ｆ（ｆ１，ｆ２）と位相θを同期させて電力を供給する構成とした（図１０を参照）。この構成によれば、非同期で電力を供給する場合に比べると、磁束を発生させるタイミングも同期できるので、主磁束φＭ１と主磁束φＭ２の打ち消し効果も同期できる。したがって、主磁束φＭ１と主磁束φＭ２の打ち消し効果をより確実に確保できる。

ＳＴ（ＳＴ１，ＳＴ２，ＳＴ３） 電力伝送用パッド配置構造
１５，１６，１７，１８ 受電パッド（電力伝送用パッド）
２１，２２，２３，２４ 送電パッド（電力伝送用パッド）
２１ｃ，２１ｇ，２１ｈ，２１ｉ コア（磁性体）
Ｌ（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４） 巻線（コイル）
φＭ（φＭ１，φＭ２） 主磁束
１００ 非接触電力伝送システム
２００ 送電装置
３００ 受電装置

Claims (5)

1. コア（２１ｃ，２１ｇ，２１ｈ）と、前記コアに巻かれる巻線（Ｌ，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４）を有し、非接触で電力を送電または受電する際に用いる電力伝送用パッドを複数有し、
   複数の前記電力伝送用パッドは、一の前記電力伝送用パッド（１５，２１）の主磁束（φＭ，φＭ１）と、他の前記電力伝送用パッド（１６，２２）の主磁束（φＭ，φＭ２）とが、複数の前記電力伝送用パッドから所定距離以上離れた遠方点（ＰＸ，ＰＹ）において流れ方向が互いに逆方向となるように配置され、
   一の前記電力伝送用パッドおよび他の前記電力伝送用パッドは、前記電力伝送用パッドの磁極（ＭＰ１，ＭＰ２）間方向の辺の長さをＷとし、一の前記電力伝送用パッドのコアと他の前記電力伝送用パッドのコアが対向する面の相互間距離をＰとするとき、比率Ｐ／Ｗが０．２≦Ｐ／Ｗ≦１０の範囲内となるように配置されることを特徴とする電力伝送用パッド配置構造（ＳＴ，ＳＴ１，ＳＴ２，ＳＴ３）。
2. 一の前記電力伝送用パッドと他の前記電力伝送用パッドは、
   前記電力伝送用パッドにかかる前記主磁束の磁極間距離をＸとし、
   一の前記電力伝送用パッドと他の前記電力伝送用パッドとの相互間距離をＹとし、
   一の前記電力伝送用パッドにかかる前記主磁束の中心線（ＣＬ１）と、他の前記電力伝送用パッドにかかる前記主磁束の中心線（ＣＬ２）との相対的なずれ量をＺとするとき、次式
   Ｙ≦１０ＸまたはＺ≦１０Ｘ、かつ、（Ｙ²＋Ｚ²）^1/2≧Ｘ／５
   を満たすように配置されることを特徴とする請求項１に記載の電力伝送用パッド配置構造。
3. 車両（１０）の通路に設けられる送電パッド（２１，２２，２６０，２７０）と、前記送電パッドに出力して送電する電力を制御する送電制御手段（２１０）とを有する送電装置（２００）と、
   前記車両に設けられる受電パッド（１５，１６，３２０，３６０）と、前記受電パッドで受電した電力を制御する受電制御手段（３１０）とを有する受電装置（３００）とを備え、
   前記送電パッドと前記受電パッドとを対面させ、非接触で電力伝送を行う非接触電力伝送システム（１００）において、
   請求項１または２に記載の電力伝送用パッド配置構造（ＳＴ，ＳＴ１，ＳＴ２，ＳＴ３）を、複数の前記受電パッドと複数の前記送電パッドとのうちで一方または双方に適用することを特徴とする非接触電力伝送システム。
4. 複数の前記受電パッドは車両に備えられ、
   前記受電制御手段は、前記送電パッドから前記受電パッドに非接触で伝送される電力を、前記車両に備えられる電池（１１）に充電することを特徴とする請求項３に記載の非接触電力伝送システム。
5. 前記送電制御手段は、複数の前記送電パッドに対して、周波数（ｆ，ｆ１，ｆ２）と位相（θ）を同期させて電力を供給することを特徴とする請求項３または４に記載の非接触電力伝送システム。

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