JP6376284B2 - 地上側コイルユニット - Google Patents

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Description

本発明は、地上側コイルユニットと車両側コイルユニットとの間で非接触にて給電する非接触給電システムに用いる地上側コイルユニットに関する。
従来から、略平板状な構造を有するコイルに隣接して、強磁性体からなる磁心コアを配置することにより、コイルにより形成される磁束を誘導、収集、方向付けする技術が知られている（特許文献１参照）。
特開２０１０−９３１８０号公報 特開２０１４−１８３６８４号公報
特許文献１の磁心コアには、コイルにより生成された磁束が集中する部分があり、磁束密度が高まることにより磁心コアが加熱してしまう場合がある。
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、送電コイルに隣接する磁性体板の内部で高まる磁束密度を軽減して、磁性体板における発熱を抑制する地上側コイルユニットを提供することにある。
本発明の一態様に係わる地上側コイルユニットは、非接触にて受電コイルへ電力を送信する送電コイルに隣接して配置された磁性体板と、磁性体板を介して送電コイルに対向する第１フィルタコイルと、を備える。第１フィルタコイルは、第１フィルタコイルにより生成された磁束が、送電コイルにより生成された磁束を、磁性体板の内部において相殺する位置に、配置されている。
図１（ａ）は、第１実施形態に係わる地上側コイルユニットの構成を示す上面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ切断面に沿った断面図である。 図２（ａ）は、図１に示す地上側コイルユニット１ａに対応する地上側回路の構成を示す回路図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示した送電コイル１１、第１フィルタコイル１３及び第２フィルタコイル１４の巻方向を示す斜視図である。 図３（ａ）は、送電コイル１１、第１フィルタコイル１３及び第２フィルタコイル１４に流れる電流の位相関係を示すベクトル図であり、図３（ｂ）は、第１フィルタコイル１３により生成された磁束が、送電コイル１１により生成された磁束を、磁性体板１２の内部において相殺する様子を示す断面図であり、図３（ｃ）及び図３（ｄ）は、第１フィルタコイル１３の有無による磁性体板１２の発熱量の相違を示す図である。 図４（ａ）は、第１実施形態の変形例に係わる地上側コイルユニット１ｂの構成を示す上面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＢ−Ｂ切断面に沿った断面図である。 図５（ａ）は、第２実施形態に係わる地上側コイルユニット２の構成を示す上面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＣ−Ｃ切断面に沿った断面図である。 図６（ａ）は、図５に示す地上側コイルユニット２に対応する地上側回路の構成を示す回路図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）に示した送電コイル１１、第１上コイル１３ａ、第１下コイル１３ｂ、第２上コイル１４ａ及び第２下コイル１４ｂの巻方向を示す斜視図である。 図７（ａ）は、第３実施形態に係わる地上側コイルユニット３の構成を示す上面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＤ−Ｄ切断面に沿った断面図である。 図８は、第１上コイル１３ａ及び第１下コイル１３ｂにより生成された磁束（１３ａＧ、１３ｂＧ）が、送電コイル１１により生成された磁束１１Ｇを、磁性体板１２の内部において相殺する様子を示す断面図である。 図９は、第４実施形態に係わる地上側コイルユニット４の構成を示す上面図である。 図１０（ａ）は、第５実施形態に係わる地上側コイルユニット５の構成を示す上面図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＦ−Ｆ切断面に沿った断面図である。 図１１（ａ）は、第６実施形態に係わる地上側コイルユニット６の構成を示す上面図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＧ−Ｇ切断面に沿った断面図である。 図１２（ａ）は、第７実施形態に係わる地上側コイルユニット７の構成を示す上面図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＨ−Ｈ切断面に沿った断面図であり、図１２（ｃ）は、図１２（ａ）のＪ−Ｊ切断面に沿った断面図である。
以下、実施形態を複数の図面を参照して説明する。同一部材には同一符号を付して再度の説明を省略する。
（第１実施形態）
第１実施形態に係わる地上側コイルユニットは、地上側コイルユニットと車両側コイルユニットとの間で非接触にて給電する非接触給電システムに用いられる地上側コイルユニットである。具体的に、非接触給電システムは、電磁誘導や共振現象を利用して、接触なしに道路下に埋設されたコイル（地上側コイルユニット）から車両の底面付近に搭載されたコイル（車両側コイルユニット）へ給電することができる。給電された電力は、例えば、車両に搭載されたバッテリ（二次電池を含む）へ送電され、送電された電力によってバッテリは充電される。
先ず、図１（ａ）及び図１（ｂ）を参照して、第１実施形態に係わる地上側コイルユニット１ａの構成を説明する。地上側コイルユニット１ａは、非接触にて受電コイルへ電力を送信する送電コイル１１と、送電コイル１１に隣接して配置された磁性体板１２と、磁性体板１２を介して送電コイル１１に対向する第１フィルタコイル１３とを備える。
送電コイル１１は、一平面内で螺旋状に旋回させた巻線からなり、図１（ａ）および図１（ｂ）の送電コイル１１は、束ねられた複数の巻線の外径を示している。前記した一平面の法線方向から見て、送電コイル１１の外形は、方形状の形状を有している。換言すれば、有限な曲率により巻線を曲げた４つの角と、有限な曲率が無く直線状に巻線を伸ばした４つの辺とを備えている。図１（ａ）の送電コイル１１は、正方形状を有しているが、長方形状であってもよい。
磁性体板１２は、フェライトからなり、平板状の形状を有している。磁性体板１２の一方の主表面の上には、絶縁シート１７を介して、送電コイル１１が設置されている。磁性体板１２の外形は、送電コイル１１の外形よりも大きく、方形状である。
図１（ａ）に示すように、送電コイル１１が形成される一平面に対してＸＹ平面が平行になるように、ＸＹＺ軸を設定する。Ｚ軸は、送電コイル１１の内側を通過する磁束の方向と平行になる。なお、Ｘ軸方向は、地上側コイルユニット１ａが設けられる駐車枠の長辺方向に平行である。Ｙ軸方向は、地上側コイルユニット１ａが設けられる駐車枠の短辺方向（駐車枠幅方向）に平行である。
第１フィルタコイル１３は、磁性体板１２の一方の主表面に対向する他方の主表面に隣接して配置されている。第１フィルタコイル１３は、送電コイル１１と同様に、一平面内で螺旋状に旋回させた巻線からなり、図１（ｂ）の第１フィルタコイル１３は、束ねられた複数の巻線の外径を示している。図１（ａ）及び図１（ｂ）は、第１フィルタコイル１３の巻幅方向の中心（以後、「巻幅中心」という）１３ｃを示している。図１（ｂ）は、更に、送電コイル１１の巻幅中心１１ｃも示している。
前記した一平面の法線方向（Ｚ軸方向）から見て、第１フィルタコイル１３の外形は、方形状の形状を有している。換言すれば、有限な曲率により巻線を曲げた４つの角と、有限な曲率が無く直線状に巻線を伸ばした４つの辺とを備えている。
第１実施形態において、送電コイル１１の内側を通過する磁束の方向（Ｚ軸方向）から見て、第１フィルタコイル１３が備える複数の辺のうち、少なくとも２辺の巻幅中心１３ｃが、送電コイル１１の巻幅中心１１ｃに一致している。図１に示す例では、第１フィルタコイル１３が備える４辺の巻幅中心１３ｃが、送電コイル１１の４辺の巻幅中心１１ｃに一致している。
地上側コイルユニット１ａは、第２フィルタコイル１４と、第１フィルタコイル１３と第２フィルタコイル１４の間を仕切る磁性体壁１６と、ベースプレート１５とを更に備える。第２フィルタコイル１４は、第１フィルタコイル１３と同様に、磁性体板１２の一方の主表面に対向する他方の主表面に隣接して配置されている。第２フィルタコイル１４は、送電コイル１１と同様に、一平面内で螺旋状に旋回させた巻線からなり、図１（ｂ）の第２フィルタコイル１４は、束ねられた複数の巻線の外径を示している。図１（ａ）は、第２フィルタコイル１４の巻幅中心１４ｃを示している。第２フィルタコイル１４の外周は、送電コイル１１の内周よりも内側に位置する。前記した一平面の法線方向（Ｚ軸方向）から見て、第２フィルタコイル１４の外形は、方形状の形状を有している。
磁性体壁１６は、第１フィルタコイル１３及び第２フィルタコイル１４と同様に、磁性体板１２の一方の主表面に対向する他方の主表面に隣接して配置されている。磁性体壁１６は、第１フィルタコイル１３の内周よりも内側、且つ第２フィルタコイル１４の外周よりも外側に配置されている。磁性体壁１６は、第１フィルタコイル１３と第２フィルタコイル１４の間を磁気的に遮断して、両コイル（１３、１４）間の干渉を軽減する。更に、磁性体壁１６は、磁性体板１２を支持し、ベースプレート１５と磁性体板１２の間に、第１フィルタコイル１３及び第２フィルタコイル１４を配置するための空間を形成している。図１（ａ）に示すように、磁性体壁１６は、フェライトからなり、Ｚ軸方向から見て、方形状の形状を有している。
ベースプレート１５はたとえばアルミニウムなどの非磁性体から成る平板状部材であり、磁性体壁１６を支持することにより、ベースプレート１５と磁性体板１２の間に空間を形成している。
図２（ａ）及び図２（ｂ）を参照して、図１に示した送電コイル１１、第１フィルタコイル１３及び第２フィルタコイル１４の巻方向を説明する。図２（ａ）は、図１に示す地上側コイルユニット１ａに対応する地上側回路の構成を示す回路図である。地上側回路は、所定の電圧及び周波数の交流電圧を出力するインバータ２１と、交流電圧から基本波の高調波成分を除去するフィルタ回路２７と、非接触により受電コイル２６へ給電する地上共振回路２８とを備える。
地上共振回路２８は、送電コイル１１と、送電コイル１１に並列に接続されたキャパシタ２５と、並列接続された送電コイル１１とキャパシタ２５に対して直列に接続されたキャパシタ２４とを備える。フィルタ回路２７は、インバータ２１側に接続された第１段回路と、送電コイル１１側に接続された第２段回路からなる。第１段回路は、インバータ２１の一方の出力端子に接続された第１フィルタコイル１３と、第１フィルタコイル１３の他端とインバータ２１の他方の出力端子の間に接続されたキャパシタ２２とを備える。第２段回路は、第１フィルタコイル１３の他端に直列に接続された第２フィルタコイル１４と、第２フィルタコイル１４の他端とインバータ２１の他方の出力端子の間に接続されたキャパシタ２３とを備える。
このように、第１フィルタコイル１３及び第２フィルタコイル１４は、送電コイル１１の一方の端子に直列に接続されている。第２フィルタコイル１４は、第１フィルタコイルよりも送電コイル１１側に接続されている。第１フィルタコイル１３は、第２フィルタコイルよりもインバータ２１側に接続されている。
図２（ｂ）は、図２（ａ）に示した送電コイル１１、第１フィルタコイル１３及び第２フィルタコイル１４の巻方向を示す斜視図である。図２（ｂ）の電流（１１ｉ、１３ｉ）の向きは、送電コイル１１、第１フィルタコイル１３及び第２フィルタコイル１４に同相の交流電流が流れる場合を示す。つまり、図２（ｂ）の電流（１１ｉ、１３ｉ）の向きは、送電コイル１１、第１フィルタコイル１３及び第２フィルタコイル１４の巻方向に相当する。送電コイル１１の巻方向と、フィルタコイル（１３、１４）の巻方向は逆である。よって、逆相の交流電流が流れた場合には、Ｚ軸上で逆方向に向く磁束（１１Ｇ、１３Ｇ）がそれぞれ発生する。
図３（ａ）は、図２に示す送電コイル１１、第１フィルタコイル１３及び第２フィルタコイル１４に流れる電流の位相関係を示すベクトル図である。第１フィルタコイル１３に流れる交流電流１３ｉの位相と送電コイル１１に流れる交流電流１１ｉの位相は約１８０度ずれており、逆位相の関係にある。したがって、図２（ｂ）の電流１１ｉと電流１３ｉのいずれか一方の向きが逆向きとなるため、逆相の交流電流が流れた場合には、Ｚ軸上で同じ方向に向く磁束（１１Ｇ、１３Ｇ）がそれぞれ発生する。
図３（ｂ）は、第１フィルタコイル１３により生成された磁束が、送電コイル１１により生成された磁束を、磁性体板１２の内部において相殺する様子を示す。送電コイル１１と第１フィルタコイル１３の巻方向は逆方向であるが、送電コイル１１と第１フィルタコイル１３には逆相の交流電流が流れる。このため、図３（ｂ）に示すように、送電コイル１１と第１フィルタコイル１３は、同時に、同じ方向の電流（１１ｉ、１３ｉ）が流れ、同じ方向の磁束（１１Ｇ、１３Ｇ）を発生する。
前述したように、第１実施形態において、送電コイル１１の内側を通過する磁束の方向（Ｚ軸方向）から見て、第１フィルタコイル１３が備える複数の辺のうち、少なくとも２辺の巻幅中心１３ｃが、送電コイル１１の巻幅中心１１ｃに一致している。これにより、送電コイル１１に隣接する磁性体板１２の内部において、磁束１１Ｇと磁束１３Ｇが逆方向を向くため、磁束の相殺が生じる。換言すれば、第１フィルタコイル１３は、第１フィルタコイル１３により生成された磁束１３Ｇが、送電コイル１１により生成された磁束１１Ｇを、磁性体板１２の内部において相殺する位置に、配置されている。よって、送電コイル１１に隣接する磁性体板１２の内部で高まる磁束密度を軽減して、磁性体板１２における鉄損及び発熱を抑制することができる。
図３（ｃ）及び図３（ｄ）は、第１フィルタコイル１３の有無による磁性体板１２の発熱量の相違を示す図である。送電コイル１１に隣接する磁性体板１２の内部で温度が周囲に比べて高くなっている。第１フィルタコイル１３が配置されていない図３（ｄ）に示す比較例に比べて、第１フィルタコイル１３が配置されている図３（ｃ）に示す第１実施形態の方が、送電コイル１１に隣接する磁性体板１２の温度が低くなることを、発明者等は実験又はシミュレーションにより確認している。なお、図３（ｃ）及び図３（ｄ）には、受電コイル３１、磁性体板３２及びベースプレート３３を備える車両側コイルユニット３０を、地上側コイルユニット１ａの上方に離間して配置した状態を示している。
（変形例）
図４（ａ）は、第１実施形態の変形例に係わる地上側コイルユニット１ｂの構成を示す。変形例に係わる地上側コイルユニット１ｂは、次の点で、地上側コイルユニット１ａと相違する。送電コイル１１の内側を通過する磁束（１１Ｇ）の方向（Ｚ軸方向）から見て、第１フィルタコイル１３が備える複数の辺のうち、少なくとも２辺の巻幅中心１３ｃが、送電コイル１１の巻幅中心１１ｃと送電コイル１１の内周縁の間に位置している。
すなわち、Ｚ軸方向から見て、第１フィルタコイル１３が備える複数の辺のうち、少なくとも２辺の巻幅中心１３ｃが、送電コイル１１の巻幅中心１１ｃに一致していなくてもかまわない。巻幅中心１３ｃが巻幅中心１１ｃよりもコイル中心側にずれていても、磁性体板１２の内部において磁束１３Ｇが磁束１１Ｇを相殺することができる。
以上説明したように、第１実施形態によれば以下の作用効果を得られる。
第１フィルタコイル１３は、第１フィルタコイル１３により生成された磁束１３Ｇが、送電コイル１１により生成された磁束１１Ｇを、磁性体板１２の内部において相殺する位置に、配置されている。これにより、送電コイル１１に隣接する磁性体板１２の内部で高まる磁束密度を軽減して、磁性体板１２における鉄損及び発熱を抑制することができる。
磁性体板１２とベースプレート１５間の空きスペースを有効に利用して二段のフィルタ回路配置することできるので、地上側コイルユニットの小型化に寄与する。
図３（ａ）に示したように、送電コイル１１及び第１フィルタコイル１３に逆相の交流電流（１１ｉ、１３ｉ）が流れ、且つ、図２（ｂ）に示したように、送電コイル１１及び第１フィルタコイル１３の巻方向は逆方向である。これにより、図３（ｂ）に示したように、送電コイル１１及び第１フィルタコイル１３により生成される磁束（１１Ｇ、１３Ｇ）が、同時に同じ方向に向くように電流（１１ｉ、１３ｉ）が流れる。よって、第１フィルタコイル１３により生成された磁束１３Ｇが、送電コイル１１により生成された磁束１１Ｇを、磁性体板１２の内部において相殺することができる。
もちろん、交流電流（１１ｉ、１３ｉ）が同相であり、且つ巻方向が同じ方向であっても構わない。すなわち、送電コイル１１及び第１フィルタコイル１３には同相の交流電流（１１ｉ、１３ｉ）が流れ、且つ、送電コイル１１及び第１フィルタコイル１３の巻方向は同じ方向であってもよい。これにより、送電コイル１１及び第１フィルタコイル１３により生成される磁束（１１Ｇ、１３Ｇ）が、同時に同じ方向に向くように電流（１１ｉ、１３ｉ）が流れる。よって、第１フィルタコイル１３により生成された磁束１３Ｇが、送電コイル１１により生成された磁束１１Ｇを、磁性体板１２の内部において相殺することができる。
送電コイル１１の内側を通過する磁束の方向から見て、第１フィルタコイル１３が備える複数の辺のうち、少なくとも２辺の巻幅中心１３ｃが、送電コイル１１の巻幅中心１１ｃに一致している。これにより、第１フィルタコイル１３と送電コイル１１の巻幅中心が一致する領域における磁性体板１２の内部において、磁束を相殺することができる。
送電コイル１１の内側を通過する磁束の方向から見て、第１フィルタコイル１３が備える複数の辺のうち、少なくとも２辺の巻幅中心１３ｃが、送電コイル１１の巻幅中心１１ｃと送電コイル１１の内周縁の間に位置していていてもよい。これにより、第１フィルタコイル１３の巻幅中心１３ｃが送電コイル１１の巻幅中心１１ｃと内周縁の間に位置している領域における磁性体板１２の内部において、磁束を相殺することができる。
磁性体壁１６は、第１フィルタコイル１３と第２フィルタコイル１４の間を仕切る。これにより、第１フィルタコイル１３と第２フィルタコイル１４との間を磁気的に遮蔽して、第１フィルタコイル１３と第２フィルタコイル１４の磁気的な結合係数を下げることができる。
（第２実施形態）
先ず、図５（ａ）及び図５（ｂ）を参照して、第２実施形態に係わる地上側コイルユニット２の構成を説明する。第１フィルタコイル１３は、第１上コイル１３ａ及び第１下コイル１３ｂからなる。第１上コイル１３ａと第１下コイル１３ｂは磁気的に結合するように配置されている。具体的に、第１上コイル１３ａと第１下コイル１３ｂはＺ軸方向に積層されている。Ｚ軸方向から見て、第１上コイル１３ａと第１下コイル１３ｂは、互いに同じ形状を有し、且つ、同じ位置に配置されている。第１上コイル１３ａと第１下コイル１３ｂを磁気的に結合させることができる。
第２フィルタコイル１４は、第２上コイル１４ａ及び第２下コイル１４ｂからなる。第２上コイル１４ａと第２下コイル１４ｂは磁気的に結合するように配置されている。具体的に、Ｚ軸方向から見て、第２上コイル１４ａと第２下コイル１４ｂは、互いに同じ形状を有し、Ｚ軸方向に積層されている。
その他の点は、図１（ａ）及び図１（ｂ）と同じであり、説明を省略する。
図６（ａ）及び図６（ｂ）を参照して、図５に示した送電コイル１１、第１上コイル１３ａ、第１下コイル１３ｂ、第２上コイル１４ａ及び第２下コイル１４ｂの巻方向を説明する。図６（ａ）は、図５に示す地上側コイルユニット２に対応する地上側回路の構成を示す回路図である。
フィルタ回路２７に関して、次の点が図２（ａ）と相違する。第１上コイル１３ａはインバータ２１の一方の出力端子に接続され、第１下コイル１３ｂはインバータ２１の他方の出力端子に接続されている。第２上コイル１４ａは第１上コイル１３ａの他端に直列に接続され、第２下コイル１４ｂは第１下コイル１３ｂの他端に直列に接続されている。
地上共振回路２８に関して、次の点が図２（ａ）と相違する。地上共振回路２８は、キャパシタ２４ａと対を成すキャパシタ２４ｂを更に備える。キャパシタ２４ａ及びキャパシタ２４ｂは、並列接続された送電コイル１１とキャパシタ２５の両端に、それぞれ直接接続されている。
その他の点は、図２（ａ）と同じであり説明を省略する。このように、第１上コイル１３ａ及び第２上コイル１４ａは、送電コイル１１の一方の端子に直列に接続されている。第１下コイル１３ｂ及び第２下コイル１４ｂは、送電コイル１１の他方の端子に直列に接続されている。
第２上コイル１４ａ及び第２下コイル１４ｂは、第１上コイル１３ａ及び第１下コイル１３ｂよりも送電コイル１１側に接続されている。第１上コイル１３ａ及び第１下コイル１３ｂは、第２上コイル１４ａ及び第２下コイル１４ｂよりもインバータ２１側に接続されている。
図６（ｂ）は、図６（ａ）に示した送電コイル１１、第１上コイル１３ａ、第１下コイル１３ｂ、第２上コイル１４ａ及び第２下コイル１４ｂの巻方向を示す斜視図である。図６（ｂ）の電流（１１ｉ、１３ａｉ、１３ｂｉ、１４ａｉ、１４ｂｉ）の向きは、送電コイル１１、第１上コイル１３ａ、第１下コイル１３ｂ、第２上コイル１４ａ及び第２下コイル１４ｂに、同相の交流電流が流れる場合を示す。つまり、図６（ｂ）の電流（１１ｉ、１３ａｉ、１３ｂｉ、１４ａｉ、１４ｂｉ）の向きは、送電コイル１１、第１上コイル１３ａ、第１下コイル１３ｂ、第２上コイル１４ａ及び第２下コイル１４ｂの巻方向に相当する。送電コイル１１の巻方向と、全てのフィルタコイル（１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂ）の巻方向は逆である。よって、同相の交流電流が流れた場合には、Ｚ軸上で逆方向に向く磁束（１１Ｇ、１３Ｇ）がそれぞれ発生する。なお、全てのフィルタコイル（１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂ）の巻方向は同じである。
送電コイル１１、第１上コイル１３ａ、第１下コイル１３ｂ、第２上コイル１４ａ及び第２下コイル１４ｂに流れる電流の位相関係を説明する。第１上コイル１３ａに流れる交流電流と、第１下コイル１３ｂに流れる交流電流とは、同位相である。第２上コイル１４ａに流れる交流電流と、第２下コイル１４ｂに流れる交流電流とは、同位相である。送電コイル１１、第１フィルタコイル１３及び第２フィルタコイル１４に流れる電流の位相関係は、図３（ａ）のベクトル図と同じである。よって、第１上コイル１３ａ及び第１下コイル１３ｂに流れる交流電流（１３ａｉ、１３ｂｉ）の位相と送電コイル１１に流れる交流電流１１ｉの位相は約１８０度ずれており、逆位相の関係にある。したがって、図６（ｂ）の電流１１ｉと電流（１３ａｉ、１３ｂｉ）のいずれか一方の向きが逆向きとなる。よって、逆相の交流電流が流れた場合には、Ｚ軸上で同じ方向に向く磁束（１１Ｇ、１３Ｇ）がそれぞれ発生する。
したがって、図５（ｂ）に示すように、送電コイル１１、第１上コイル１３ａ及び第１下コイル１３ｂには、同時に、同じ方向の電流（１１ｉ、１３ａｉ、１３ｂｉ）が流れ、同じ方向の磁束（１１Ｇ、１３Ｇ）を発生する。よって、第１上コイル１３ａ及び第１下コイル１３ｂにより生成された磁束が、送電コイル１１により生成された磁束を、磁性体板１２の内部において相殺することができる。
前述したように、第２実施形態において、送電コイル１１の内側を通過する磁束の方向（Ｚ軸方向）から見て、第１上コイル１３ａ及び第１下コイル１３ｂが備える複数の辺のうち、少なくとも２辺の巻幅中心（１３ａｃ、１３ｂｃ）が、送電コイル１１の巻幅中心１１ｃに一致している。これにより、送電コイル１１に隣接する磁性体板１２の内部において、磁束１１Ｇと磁束１３Ｇが逆方向を向くため、磁束の相殺が生じる。換言すれば、第１上コイル１３ａ及び第１下コイル１３ｂは、第１上コイル１３ａ及び第１下コイル１３ｂにより生成された磁束１３Ｇが、送電コイル１１により生成された磁束１１Ｇを、磁性体板１２の内部において相殺する位置に、配置されている。よって、送電コイル１１に隣接する磁性体板１２の内部で高まる磁束密度を軽減して、磁性体板１２における鉄損及び発熱を抑制することができる。
以上説明したように、第２実施形態によれば、第１実施形態による作用効果のみならず、以下の作用効果が更に得られる。
第１上コイル１３ａと第１下コイル１３ｂは磁気的に結合している。これにより、第１フィルタコイル１３のインダクタンスが増加するため、コイルユニットの小型化が可能となる。また、第１フィルタコイル１３を上下に分割することによりノイズが低減される。
（第３実施形態）
先ず、図７（ａ）及び図７（ｂ）を参照して、第３実施形態に係わる地上側コイルユニット３の構成を説明する。第１フィルタコイル１３は、第１上コイル１３ａ及び第１下コイル１３ｂからなる。Ｚ軸方向から見て、第１上コイル１３ａと第１下コイル１３ｂは、同じ長方形状を有しているが、異なる位置に配置されている。第１上コイル１３ａと第１下コイル１３ｂは、地上側コイルユニット３が設けられている駐車枠の短辺方向、即ち駐車枠幅方向（Ｙ軸方向）に並列されている。第１上コイル１３ａの巻幅中心１３ａｃは、２つの短辺と１つの長辺において、送電コイル１１の巻幅中心１１ｃと一致している。第１下コイル１３ｂの巻幅中心１３ｂｃも、２つの短辺と１つの長辺において、送電コイル１１の巻幅中心１１ｃと一致している。
第２フィルタコイル１４は、第２上コイル１４ａ及び第２下コイル１４ｂからなる。Ｚ軸方向から見て、第２上コイル１４ａ及び第２下コイル１４ｂは、同じ長方形状を有し、且つ同じ位置に配置されている。すなわち、Ｚ軸方向に積層されている。更に、Ｚ軸方向から見て、第２上コイル１４ａ及び第２下コイル１４ｂは、第１上コイル１３ａと第１下コイル１３ｂとの間に配置されている。
磁性体壁１６は、第１上コイル１３ａの内側及び第２上コイル１４ａの内側に、それぞれ配置されている。更に、磁性体壁１６は、第１上コイル１３ａと第２フィルタコイル（１４ａ、１４ｂ）の間、及び第１下コイル１３ｂと第２フィルタコイル（１４ａ、１４ｂ）の間にもそれぞれ配置されている。
図７に示す地上側コイルユニット３に対応する地上側回路は、図６（ａ）と同じである。送電コイル１１、第１上コイル１３ａ、第１下コイル１３ｂ、第２上コイル１４ａ及び第２下コイル１４ｂの巻方向は、図６（ｂ）と同じである。また、各コイル（１１、１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂ）に流れる交流電流の位相関係も、第２実施形態のそれと同じである。
図８は、第１上コイル１３ａ及び第１下コイル１３ｂにより生成された磁束が、送電コイル１１により生成された磁束を、磁性体板１２の内部において相殺する様子を示す。図８に示すように、送電コイル１１、第１上コイル１３ａ及び第１下コイル１３ｂには、同時に、同じ方向の電流（１１ｉ、１３ａｉ、１３ｂｉ）が流れ、同じ方向の磁束（１１Ｇ、１３ａＧ、１３ｂＧ）を発生する。磁束（１３ａＧ、１３ｂＧ）は、コイル（１３ａ、１３ｂ）の内側及び外側において、磁性体壁１６の内部を通過する。
送電コイル１１に隣接する磁性体板１２の内部において、磁束１１Ｇと磁束（１３ａＧ、１３ｂＧ）が逆方向を向くため、磁束の相殺が生じる。換言すれば、第１上コイル１３ａ及び第１下コイル１３ｂは、第１上コイル１３ａ及び第１下コイル１３ｂにより生成された磁束（１３ａＧ、１３ｂＧ）が、送電コイル１１により生成された磁束１１Ｇを、磁性体板１２の内部において相殺する位置に、配置されている。よって、送電コイル１１に隣接する磁性体板１２の内部で高まる磁束密度を軽減して、磁性体板１２における鉄損及び発熱を抑制することができる。
以上説明したように、第３実施形態によれば、第１上コイル１３ａ及び第１下コイル１３ｂは、地上側コイルユニット３が設けられている駐車枠の短辺方向（Ｙ軸方向）に並列されている。よって、車両幅方向に伸びる長辺を有する長方形状の受電コイル２６において、磁束密度が高まる部分に第１上コイル１３ａ及び第１下コイル１３ｂを配置することができる。
（第４実施形態）
図９に示すように、第４実施形態に係わる地上側コイルユニット４では、第１上コイル１３ａ及び第１下コイル１３ｂを並列する方向を、駐車枠の長辺方向、即ち車両進入方向（Ｘ軸方向）とする。その他の点は、第３実施形態と同じである。
第４実施形態によれば、第１上コイル１３ａ及び第１下コイル１３ｂは、地上側コイルユニット４が設けられている駐車枠の長辺方向（Ｘ軸方向）に並列されている。よって、車両進行方向に伸びる長辺を有する長方形状の受電コイル２６において、磁束密度が高まる部分に第１上コイル１３ａ及び第１下コイル１３ｂを配置することができる。
（第５実施形態）
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）を参照して、第５実施形態に係わる地上側コイルユニット５の構成を説明する。第５実施形態に係わる地上側コイルユニット５は、図１の地上側コイルユニット１ａと比べて、第２フィルタコイル１４の内側及び第１フィルタコイル１３の外側の各々にも、更に磁性体壁１６を備えている。そして、各磁性体壁１６は、ベースプレート１５との間に配置された板状の磁性体基体１６ｂにより支持されている。よって、図１０（ｂ）に示すように、第１フィルタコイル１３及び第２フィルタコイル１４の各々は、磁性体板１２、磁性体壁１６及び磁性体基体１６ｂにより囲まれる。その他の点は、図１の地上側コイルユニット１ａと同じである。
これにより、第１フィルタコイル１３及び第２フィルタコイル１４の各々により生成される多くの磁束が、磁性体板１２、磁性体壁１６及び磁性体基体１６ｂの内部を流れるようになる。よって、第１フィルタコイル１３と第２フィルタコイル１４との間を磁気的に遮蔽して、第１フィルタコイル１３と第２フィルタコイル１４の磁気的な結合係数を更に下げることができる。
（第６実施形態）
図１１（ａ）及び図１１（ｂ）を参照して、第６実施形態に係わる地上側コイルユニット６の構成を説明する。第１フィルタコイル１３は、第１上コイル１３ａ及び第１下コイル１３ｂからなる。Ｚ軸方向から見て、第１上コイル１３ａと第１下コイル１３ｂは、同じ長方形状を有しているが、異なる位置に配置されている。第１上コイル１３ａと第１下コイル１３ｂは、地上側コイルユニット６が設けられている駐車枠の短辺方向、即ち駐車枠幅方向（Ｙ軸方向）に並列されている。Ｚ軸方向から見て、第１上コイル１３ａと第１下コイル１３ｂは、重複していない。第１上コイル１３ａの巻幅中心１３ａｃは、２つの短辺と１つの長辺において、送電コイル１１の巻幅中心１１ｃと一致している。第１下コイル１３ｂの巻幅中心１３ｂｃも、２つの短辺と１つの長辺において、送電コイル１１の巻幅中心１１ｃと一致している。
第２フィルタコイル１４は、第２上コイル１４ａ及び第２下コイル１４ｂからなる。Ｚ軸方向から見て、第２上コイル１４ａ及び第２下コイル１４ｂは、同じ長方形状を有するが、異なる位置に配置されている。具体的には、第２上コイル１４ａの一部分と第２下コイル１４ｂの一部分が重複するように、配置されている。
Ｚ軸方向から見て、第１上コイル１３ａの面積の半分が、第２上コイル１４ａと重複している。また、第１下コイル１３ｂの面積の半分が、第２下コイル１４ｂと重複している。第１上コイル１３ａと第２下コイル１４ｂは重複せず、第１下コイル１３ｂと第２上コイル１４ａは重複していない。地上側コイルユニット６は、磁性体壁を備えていない。
図１１に示す地上側コイルユニット６に対応する地上側回路は、図６（ａ）と同じである。送電コイル１１、第１上コイル１３ａ、第１下コイル１３ｂ、第２上コイル１４ａ及び第２下コイル１４ｂの巻方向は、図６（ｂ）と同じである。また、各コイル（１１、１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂ）に流れる交流電流の位相関係も、第２実施形態のそれと同じである。
したがって、図１１に示すように、送電コイル１１、第１上コイル１３ａ及び第１下コイル１３ｂには、同時に、同じ方向の電流（１１ｉ、１３ａｉ、１３ｂｉ）が流れ、同じ方向の磁束を発生する。
図８を参照して説明したように、第１上コイル１３ａ及び第１下コイル１３ｂは、第１上コイル１３ａ及び第１下コイル１３ｂにより生成された磁束（１３ａＧ、１３ｂＧ）が、送電コイル１１により生成された磁束１１Ｇを、磁性体板１２の内部において相殺する位置に、配置されている。よって、送電コイル１１に隣接する磁性体板１２の内部で高まる磁束密度を軽減して、磁性体板１２における鉄損及び発熱を抑制することができる。
以上説明したように、Ｚ軸方向から見て、第１上コイル１３ａの面積の半分が、第２上コイル１４ａと重複している。また、第１下コイル１３ｂの面積の半分が、第２下コイル１４ｂと重複している。つまり、送電コイル１１の内部を通過する磁束の方向から見て、第１フィルタコイル（１３ａ、１３ｂ）の面積の半分が第２フィルタコイル（１４ａ、１４ｂ）と重複している。これにより、第１フィルタコイル（１３ａ、１３ｂ）と第２フィルタコイル（１４ａ、１４ｂ）の磁気的な結合係数を下げることができる。
（第７実施形態）
図１２（ａ）〜図１２（ｃ）を参照して、第７実施形態に係わる地上側コイルユニット７の構成を説明する。第１上コイル１３ａ及び第１下コイル１３ｂの各々は、更に２つのコイルに分割して配置されている。第１上コイル１３ａは、互いに並列に接続された２つの分割上コイル（１３ａａ、１３ａｂ）からなる。第１下コイル１３ｂは、互いに並列に接続された２つの分割下コイル（１３ｂａ、１３ｂｂ）からなる。
Ｚ軸方向から見て、分割上コイル（１３ａａ、１３ａｂ）及び分割下コイル（１３ｂａ、１３ｂｂ）は、同じ正方形状を有しているが、異なる位置に配置されている。Ｚ軸方向から見て、分割上コイル（１３ａａ、１３ａｂ）及び分割下コイル（１３ｂａ、１３ｂｂ）は、重複していない。分割上コイル（１３ａａ、１３ａｂ）の巻幅中心（１３ａａｃ、１３ａｂｃ）は、隣接する２つの辺において、送電コイル１１の巻幅中心１１ｃと一致している。分割下コイル（１３ｂａ、１３ｂｂ）の巻幅中心（１３ｂａｃ、１３ｂｂｃ）は、隣接する２つの辺において、送電コイル１１の巻幅中心１１ｃと一致している。
Ｚ軸方向から見て、第２上コイル１４ａ及び第２下コイル１４ｂは、同じ正方形状を有し、且つ同じ位置に配置されている。すなわち、Ｚ軸方向に積層されている。
分割上コイル（１３ａａ、１３ａｂ）の面積の半分が、第２上コイル１４ａ及び第２下コイル１４ｂと重複している。また、分割下コイル（１３ｂａ、１３ｂｂ）の面積の半分が、第２上コイル１４ａ及び第２下コイル１４ｂと重複している。地上側コイルユニット６は、磁性体壁を備えていない。
分割上コイル（１３ａａ、１３ａｂ）及び分割下コイル（１３ｂａ、１３ｂｂ）の巻方向は互いに等しく、且つ、分割上コイル（１３ａａ、１３ａｂ）及び分割下コイル（１３ｂａ、１３ｂｂ）には同相の交流電流が流れる。
したがって、図１２（ｂ）及び図１２（ｃ）に示すように、送電コイル１１、分割上コイル（１３ａａ、１３ａｂ）及び分割下コイル（１３ｂａ、１３ｂｂ）には、同時に、同じ方向の電流（１１ｉ、１３ａａｉ、１３ａｂｉ、１３ｂａｉ、１３ｂｂｉ）が流れ、同じ方向の磁束を発生する。分割上コイル（１３ａａ、１３ａｂ）及び分割下コイル（１３ｂａ、１３ｂｂ）は、分割上コイル（１３ａａ、１３ａｂ）及び分割下コイル（１３ｂａ、１３ｂｂ）により生成された磁束が、送電コイル１１により生成された磁束１１Ｇを、磁性体板１２の内部において相殺する位置に、配置されている。よって、送電コイル１１に隣接する磁性体板１２の内部で高まる磁束密度を軽減して、磁性体板１２における鉄損及び発熱を抑制することができる。
以上説明したように、Ｚ軸方向から見て、分割上コイル（１３ａａ、１３ａｂ）及び分割下コイル（１３ｂａ、１３ｂｂ）の面積の半分が、第２上コイル１４ａ及び第２下コイル１４ｂと重複している。つまり、送電コイル１１の内部を通過する磁束の方向から見て、第１フィルタコイル（１３ａａ、１３ａｂ、１３ｂａ、１３ｂｂ）の面積の半分が第２フィルタコイル（１４ａ、１４ｂ）と重複している。これにより、第１フィルタコイル（１３ａａ、１３ａｂ、１３ｂａ、１３ｂｂ）と第２フィルタコイル（１４ａ、１４ｂ）の磁気的な結合係数を下げることができる。
以上、実施例に沿って本発明の内容を説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変形及び改良が可能であることは、当業者には自明である。
例えば、図１（ａ）、図４（ａ）、図５（ａ）、図１０（ａ）では、各コイルの平面形状、及び磁性体壁１６の形状を、中心が一致する正方形状で表現したが、同心円形状であっても構わない。
１ａ、１ｂ、２、３、４、５、６、７ 地上側コイルユニット
１１ 送電コイル
１１ｃ、１３ｃ、１４ｃ 巻幅中心
１１Ｇ、１３Ｇ、１４Ｇ 磁束
１１ｉ、１３ｉ、１４ｉ 電流
１２ 磁性体板
１３ 第１フィルタコイル
１４ 第２フィルタコイル
１５ ベースプレート
１６ 磁性体壁

Claims (10)

  1. 非接触給電に用いる地上側コイルユニットであって、
    非接触にて受電コイルへ電力を送信する送電コイルと、
    前記送電コイルに隣接して配置された磁性体板と、
    前記送電コイルに直列に接続され、前記磁性体板を介して前記送電コイルに対向する第１フィルタコイルと、を備え、
    前記第１フィルタコイルは、前記第１フィルタコイルにより生成された磁束が、前記送電コイルにより生成された磁束を、前記磁性体板の内部において相殺する位置に、配置されている
    ことを特徴とする地上側コイルユニット。
  2. 前記送電コイル及び前記第１フィルタコイルには同相の交流電流が流れ、且つ、前記送電コイル及び前記第１フィルタコイルの巻方向は同じ方向であることを特徴とする請求項１に記載の地上側コイルユニット。
  3. 前記送電コイル及び前記第１フィルタコイルに逆相の交流電流が流れ、且つ、前記送電コイル及び前記第１フィルタコイルの巻方向は逆方向であることを特徴とする請求項１に記載の地上側コイルユニット。
  4. 前記送電コイルの内側を通過する磁束の方向から見て、前記第１フィルタコイルが備える複数の辺のうち、少なくとも２辺の巻幅中心が、前記送電コイルの巻幅中心に一致していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の地上側コイルユニット。
  5. 前記送電コイルの内側を通過する磁束の方向から見て、前記第１フィルタコイルが備える複数の辺のうち、少なくとも２辺の巻幅中心が、前記送電コイルの巻幅中心と前記送電コイルの内周縁の間に位置していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の地上側コイルユニット。
  6. 前記第１フィルタコイルは、前記送電コイルの両端に直列に接続される第１上コイル及び第１下コイルからなり、前記第１上コイルと前記第１下コイルは磁気的に結合していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の地上側コイルユニット。
  7. 前記第１上コイル及び前記第１下コイルは、前記地上側コイルユニットが設けられている駐車枠の長辺方向に並列されていることを特徴とする請求項６に記載の地上側コイルユニット。
  8. 前記第１上コイル及び前記第１下コイルは、前記地上側コイルユニットが設けられている駐車枠の短辺方向に並列されていることを特徴とする請求項６に記載の地上側コイルユニット。
  9. 前記第１フィルタコイルの送電コイル側に接続された第２フィルタコイルと、
    前記第１フィルタコイルと前記第２フィルタコイルの間を仕切る磁性体壁と、を更に備え、
    前記第２フィルタコイルは、前記磁性体板を介して前記送電コイルに対向して配置されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の地上側コイルユニット。
  10. 前記第１フィルタコイルの送電コイル側に接続された第２フィルタコイルを更に備え、
    前記第２フィルタコイルは、前記磁性体板を介して前記送電コイルに対向して配置され、前記送電コイルの内部を通過する磁束の方向から見て、前記第１フィルタコイルの面積の半分が前記第２フィルタコイルと重複している
    ていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の地上側コイルユニット。
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