JP6604250B2 - ワイヤレス電力伝送用コイル、ワイヤレス給電システム、ワイヤレス受電システムおよびワイヤレス電力伝送システム - Google Patents

Description

本発明は、ワイヤレス電力伝送用コイル、ワイヤレス給電システム、ワイヤレス受電システムおよびワイヤレス電力伝送システムに関する。

電源コードを用いることなく電力を伝送する技術、いわゆる、ワイヤレス電力伝送技術が注目されている。ワイヤレス電力伝送技術は、給電機器から受電機器へ、ワイヤレスで電力を供給できることから、電車、電気自動車等の移動体、家電製品、電子機器、無線通信機器、玩具、といったさまざまな製品への応用が期待されている。

このようなワイヤレス電力伝送技術において、電磁誘導方式や磁界共鳴方式と呼ばれる電力伝送方式では、給電機器に備える給電コイルから受電機器に備える受電コイルへワイヤレスで電力が供給される。この給電コイルや受電コイルとして用いられるコイルとしては、例えば、棒状または板状の磁性体に巻線を巻回させた、いわゆるソレノイドコイルが知られている。このソレノイドコイルに電流を流したときの磁性体の鉄損による温度上昇によって、巻線や近接して配置される部品に熱的なストレスを与えることが懸念されており、この磁性体の鉄損による温度上昇を抑制する技術の要求が高まってきている。

特許文献１には、第１コア部材の両側面に第２コア部材と放熱板が配置され、第２コア部材、第１コア部材、放熱板の順に接合され、コイル巻線が両環状磁路に共通に鎖交するように巻かれている複合コアリアクトルが記載されている。

特許第４３８６６９７号公報

しかしながら、特許文献１に開示される技術では、アルミニウムや銅などの熱伝導率の高い低磁率材料、あるいはＳＵＳ３０４などの低磁率材料からなる放熱板が、第１コア部材とコイル巻線に挟まれるように接合配置されているため、この放熱板に渦電流が流れ、コイル巻線から発生する磁束とは逆位相の磁束が発生することによって、複合リアリアクトルのインダクタンスとＱ値が大幅に低下してしまうという問題があった。

そこで、本発明は係る事情に鑑みてなされたものであり、放熱特性に優れ、インダクタンス値とＱ値の低下が抑制されたワイヤレス電力伝送用コイル、ワイヤレス給電システム、ワイヤレス受電システムおよびワイヤレス電力伝送システムを提供することを目的とする。

本発明に係るワイヤレス電力伝送用コイルは、磁性体と、磁性体に巻回される巻線と、磁性体から発生する熱を放熱する放熱部材と、を備え、磁性体は、間に放熱部材を介して対向配置される第１の磁性体と第２の磁性体を有し、巻線は、第１の磁性体と第２の磁性体の対向方向と略直交する方向に磁束が鎖交するように巻回されていることを特徴とする。

本発明によれば、磁性体は、間に放熱部材を介して対向配置される第１の磁性体と第２の磁性体を有し、巻線は、第１の磁性体と第２の磁性体の対向方向と略直交する方向に磁束が鎖交するように巻回されている。そのため、磁性体の鉄損による温度上昇に伴う熱を放熱部材によって効率よく外部へと放熱できるとともに、巻線に電流を流した際に放熱部材に発生する渦電流を減少させることができるため、コイルのインダクタンス値とＱ値の低下を抑制することができる。

好ましくは、第１の磁性体は対向方向における厚みが第２の磁性体の対向方向における厚みと略同一であるとよい。この場合、巻線に電流を流した際の、第１の磁性体を通過した磁束によって放熱部材に発生する渦電流と、第２の磁性体を通過する磁束によって放熱部材に発生する渦電流とが互いに逆位相で略同一の電流量となる。そのため、放熱部材に流れる渦電流を相殺させることができるため、コイルのインダクタンス値とＱ値の低下をより抑えることができる。

好ましくは、放熱部材は、第１の磁性体と第２の磁性体に挟まれる本体部と、本体部から第１の磁性体と第２の磁性体の対向領域外に引き出される引出し部を有し、引出し部の引出し方向と直交する方向の幅が本体部の外形幅よりも狭いとよい。この場合、巻線に電流を流した際に発生し磁性体の周囲を通過する磁束によって引出し部に発生する渦電流を減少させることができるため、コイルのインダクタンス値とＱ値の低下をより抑えることができる。

より好ましくは、引出し部は、巻線の始端側から終端側に向かう方向において隣接する巻線の間から引き出されているとよい。この場合、巻線に電流を流した際に発生する磁性体の周囲を通過する磁束の密度が低い箇所から引出し部を引出している。そのため、引出し部に発生する渦電流をより一層減少させることができるため、コイルのインダクタンス値とＱ値の低下をより抑えることができる。

本発明に係るワイヤレス給電システムは、給電コイルを備え、給電コイルは、上記ワイヤレス電力伝送用コイルであることを特徴とする。本発明によれば、放熱特性に優れ、インダクタンス値とＱ値の低下が抑制されたワイヤレス給電システムを得ることができる。

本発明に係るワイヤレス受電システムは、受電コイルを備え、受電コイルは、上記ワイヤレス電力伝送用コイルであることを特徴とする。本発明によれば、放熱特性に優れ、インダクタンス値とＱ値の低下が抑制されたワイヤレス受電システムを得ることができる。

本発明に係るワイヤレス電力伝送システムは、給電コイルを有するワイヤレス給電システムと、受電コイルを有するワイヤレス受電システムと、を備え、給電コイルおよび受電コイルの少なくとも一方は、上記ワイヤレス電力伝送用コイルであることを特徴とする。本発明によれば、放熱特性に優れ、インダクタンス値とＱ値の低下が抑制されたワイヤレス電力伝送システムを得ることができる。

本発明によれば、放熱特性に優れ、インダクタンス値とＱ値の低下が抑制されたワイヤレス電力伝送用コイル、ワイヤレス給電システム、ワイヤレス受電システムおよびワイヤレス電力伝送システムを提供することができる。

本発明の実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムを負荷回路とともに示す回路構成図である。 本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイルを模式的に示した斜視図である。 図２における磁性体および放熱部材を示す分解斜視図である。 図２における切断線Ｉ−Ｉに沿う断面図である。 図２における切断線ＩＩ−ＩＩに沿う断面図である。 本発明の第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイルを模式的に示した斜視図である。 図６における磁性体および放熱部材を示す分解斜視図である。 図６における切断線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿う断面図である。 図６における切断線ＩＶ−ＩＶに沿う断面図である。 本発明の第３実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイルを模式的に示した斜視図である。 図１０における磁性体および放熱部材を示す分解斜視図である。 図１０において、第１の磁性体とその周囲を通過する磁束を模式的に示した図である。 図１０において、第２の磁性体とその周囲を通過する磁束を模式的に示した図である。 図２に示した本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイルを模式的に示した斜視図に相当する、比較例１に係るワイヤレス電力伝送用コイルを模式的に示した斜視図である。 実施例１と比較例１のインダクタンス値の測定結果である。 実施例１と比較例１のＱ値の測定結果である。

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。

まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１の全体構成について説明する。図１は、本発明の実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムを負荷回路とともに示す回路構成図である。

ワイヤレス電力伝送システム１は、図１に示すように、ワイヤレス給電システム１０と、ワイヤレス受電システム２０を有する。

ワイヤレス給電システム１０は、電源Ｖと、インバータＩＮＶと、給電コンデンサＣ１と、給電コイルＬ１と、を有する。

電源Ｖは、直流電力をインバータＩＮＶへ出力する。電源Ｖとしては、例えば、安定化電源や二次電池などが挙げられる。

インバータＩＮＶは、電源Ｖから供給される直流電力を交流電力に変換し、この交流電力を給電コンデンサＣ１へ出力する。インバータＩＮＶとしては、複数のスイッチング素子をブリッジ構成で接続したフルブリッジ回路やハーフブリッジ回路などが挙げられる。

給電コンデンサＣ１は、後述する給電コイルＬ１と接続され共振回路を構成する。給電コンデンサＣ１としては、誘電正接ｔａｎδが小さい方が電力伝送効率向上に望ましく、低誘電率系のコンデンサが挙げられる。本例においては、給電コンデンサＣ１は、給電コイルＬ１に直列接続されているが、これに限られることなく、並列接続するように構成してもよく、直列接続と並列接続を組み合わせてもよい。また、本例においては、給電コイルＬ１が給電コンデンサＣ１とともに共振回路を構成した、いわゆる磁場の共振現象を利用した構成を対象として説明したが、これに限られることなく、給電コンデンサＣ１を除き、給電コイルＬ１と後述する受電コイルＬ２とが磁場結合（誘導結合）する電磁誘導を利用した構成にも適用できる。

給電コイルＬ１は、インバータＩＮＶから供給された交流電力を受電コイルＬ２へ伝送する給電コイルとして機能する。なお、給電コイルＬ１の具体的な構成については後述する。

ワイヤレス受電システム２０は、受電コイルＬ２と、受電コンデンサＣ２と、整流器ＲＥＣＴと、を有する。

受電コイルＬ２は、給電コイルＬ１と所定の距離を空けて配置され、給電コイルＬ１から伝送される交流電力を受電する受電コイルとして機能する。ここで、ワイヤレス給電システム１０の給電コイルＬ１とワイヤレス受電システム２０の受電コイルＬ２は、その間に距離を空けて対向することにより、磁気的に結合し、インバータＩＮＶから給電コイルＬ１に供給された交流電力が近接電磁界効果によって受電コイルＬ２に誘導起電力が励起される。すなわち、ワイヤレス給電システム１０からワイヤレス受電システム２０に向けてワイヤレスにて電力が伝送される。

受電コンデンサＣ２は、受電コイルＬ２と接続され共振回路を構成する。受電コンデンサＣ２としては、誘電正接ｔａｎδが小さい方が電力伝送効率向上に望ましく、低誘電率系のコンデンサが挙げられる。本例においては、受電コンデンサＣ２は、受電コイルＬ２に直列接続されているが、これに限られることなく、並列接続するように構成してもよく、直列接続と並列接続を組み合わせてもよい。また、本例においては、受電コイルＬ２が受電コンデンサＣ２とともに共振回路を構成した、いわゆる磁場の共振現象を利用した構成を対象として説明したが、これに限られることなく、給電コンデンサＣ２を除き、給電コイルＬ１と受電コイルＬ２とが磁場結合（誘導結合）する電磁誘導を利用した構成にも適用できる。

整流器ＲＥＣＴは、受電コイルＬ２が受電した交流電力を直流電力へ変換し、この直流電力を負荷回路Ｒへ出力する。整流器ＲＥＣＴとしては、半波整流回路や全波整流回路などの複数のダイオードがブリッジ接続されたブリッジ型回路と、このブリッジ型回路に並列に接続され、整流された電圧を平滑して直流電圧を生成する平滑コンデンサから構成される整流回路などが挙げられる。また、負荷回路Ｒとしては、ＤＣ／ＤＣコンバータに加え、二次電池などが挙げられる。

続いて、上述した給電コイルＬ１または／および受電コイルＬ２に適用される本発明の好適な実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイル１００の構成について説明する。

［第１実施形態］
まず、図２〜図５を参照して、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイル１００の構成について説明する。図２は、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイル１００を模式的に示した斜視図である。図３は、図２における磁性体および放熱部材を示す分解斜視図である。図４は、図２における切断線Ｉ−Ｉに沿う断面図である。図５は、図２における切断線ＩＩ−ＩＩに沿う断面図である。なお、図３中、説明の便宜上、巻線１４０は省略している。また、図５では、ワイヤレス電力伝送用コイル１００が発生する磁束のうち、代表的なものとして、第１の磁性体１２０および第２の磁性体１３０とその周囲を通過する磁束を示している。

ワイヤレス電力伝送用コイル１００は、図２に示されるように、磁性体１１０と、巻線１４０と、放熱部材１５０と、を備える。

磁性体１１０は、棒状または板状に成型される第１の磁性体１２０と第２の磁性体１３０を有する。図３に示されるように、第１の磁性体１２０は、外形形状が略直方体形状を呈しており、その外表面として、対向する略長方形状の第１および第２の主面１２１，１２２と、対向する第１および第２の側面１２３，１２４と、対向する第１および第２の端面１２５，１２６と、を有する。第１および第２の側面１２３，１２４は、第１および第２の主面１２１，１２２間を連結するように第１および第２の主面１２１，１２２の長辺方向に伸びている。第１および第２の端面１２５，１２６は、第１および第２の主面１２１，１２２間を連結するように第１および第２の主面１２１，１２２の短辺方向に伸びている。同様に、第２の磁性体１３０は、外形形状が略直方体形状を呈しており、その外表面として、対向する略長方形状の第１および第２の主面１３１，１３２と、対向する第１および第２の側面１３３，１３４と、対向する第１および第２の端面１３５，１３６と、を有する。第１および第２の側面１３３，１３４は、第１および第２の主面１３１，１３２間を連結するように第１および第２の主面１３１，１３２の長辺方向に伸びている。第１および第２の端面１３５，１３６は、第１および第２の主面１３１，１３２間を連結するように第１および第２の主面１３１，１３２の短辺方向に伸びている。本実施形態では、第１の磁性体１２０と第２の磁性体１３０は、第１の磁性体１２０の第１の端面１２５と第２の端面１２６との対向方向と第２の磁性体１３０の第１の端面１３５と第２の端面１３６との対向方向が同じ向きとなり、第１の磁性体１２０の第１の側面１２３と第２の側面１２４との対向方向と第２の磁性体１３０の第１の側面１３３と第２の側面１３４との対向方向が同じ向きとなるように配置されている。

第１の磁性体１２０と第２の磁性体１３０は、図４に示されるように、間に後述する放熱部材１５０を介して対向配置されている。具体的には、第１の磁性体１２０の第２の主面１２２と第２の磁性体１３０の第１の主面１３１が後述する放熱部材１５０を介して対向配置されている。これら第１の磁性体１２０と第２の磁性体１３０は、第１の磁性体１２０と第２の磁性体１３０との対向方向から見て、第１の磁性体１２０の中心と第２の磁性体１３０の中心が一致するように配置されている。本実施形態では、第１の磁性体１２０と第２の磁性体１３０は、第１の磁性体１２０と第２の磁性体１３０との対向方向における厚みは略同一となっている。このように構成される第１の磁性体１２０と第２の磁性体１３０は、高い電力伝送効率を実現するという観点から、酸化鉄を主成分とする粉末原料を成型・焼成して製造するフェライトであることが好ましいが、他の磁性材料であってもよい。

巻線１４０は、第１の磁性体１２０と第２の磁性体１３０の対向方向と略直交する方向に磁束が鎖交するように巻回されている。具体的には、巻線１４０は、第１の磁性体１２０の第１の主面１２１上および第１および第２の側面１２３，１２４上と、第２の磁性体１３０の第２の主面１３２上および第１および第２の側面１３３，１３４上に巻回されている。言い換えれば、巻線１４０は、第１の磁性体１２０（第２の磁性体１３０）の第１の端面１２５（第１の端面１３５）と第２の端面１２６（第２の端面１３６）の対向方向を軸として、螺旋状に周回するように巻回されている。すなわち、ワイヤレス電力伝送用コイル１００は、いわゆるソレノイド構造のコイルである。この巻線１４０は、ワイヤレス電力伝送用コイル１００のＱ値を高めるという観点から、多本数の絶縁被覆導体を撚り合わせたリッツ線で構成されると好ましいが、その他の線材であってもよい。

放熱部材１５０は、磁性体１１０から発生する熱を放熱する機能を備えている。具体的には、放熱部材１５０は、図３に示されるように、第１の磁性体１２０と第２の磁性体１３０との間に配置される。放熱部材１５０は、外形形状が略直方体形状を呈しており、その外表面として、対向する略長方形状の第１および第２の主面１５１，１５２と、対向する第１および第２の側面１５３，１５４と、対向する第１および第２の端面１５５，１５６と、を有する。第１および第２の側面１５３，１５４は、第１および第２の主面１５１，１５２間を連結するように第１および第２の主面１５１，１５２の長辺方向に伸びている。第１および第２の端面１５５，１５６は、第１および第２の主面１５１，１５２間を連結するように第１および第２の主面１５１，１５２の短辺方向に伸びている。この放熱部材１５０は、第１の磁性体１２０と第２の磁性体１３０との対向方向から見て、放熱部材１５０の中心が第１の磁性体１２０の中心および第２の磁性体１３０の中心と一致するように配置されている。また、放熱部材１５０の外輪郭は、第１の磁性体１２０と第２の磁性体１３０との対向方向から見て、第１の磁性体１２０の外輪郭および第２の磁性体１３０の外輪郭よりも内側に位置している。すなわち、放熱部材１５０の第１および第２の主面１５１，１５２の面積は、第１の磁性体１２０の第１および第２の主面１２１，１２２の面積および第２の磁性体１３０の第１および第２の主面１３１，１３２の面積よりも小さくなっている。このように構成される放熱部材１５０は、熱伝導率が比較的高い銅であることが好ましいが、その他の材質であってもよい。また、放熱部材１５０は、単一の部材から構成されていてもよく、複数の部材から構成されていてもよい。

次に、ワイヤレス電力伝送用コイル１００が発生する磁束について詳細に説明する。巻線１４０に電流を流すと、ワイヤレス電力伝送用コイル１００の周囲に発生する磁束は、図５に示されるように、第１の磁性体１２０およびその周囲を通過する磁束１２７と、第２の磁性体１３０およびその周囲を通過する磁束１３７となる。本実施形態では、磁束１２７は、第１の磁性体１２０の第１の端面１２５から第２の端面１２６に向かって第１の磁性体１２０を通過した後、第１の磁性体１２０の第１の主面１２１における第２の端面１２６側から空気中に放射され、第１の磁性体１２０の第２の端面１２６から第１の端面１２５に向かう方向に空気中を進み、第１の磁性体１２０の第１の主面１２１における第１の端面１２５側に至るように周回する。同様に、磁束１３７は、第２の磁性体１３０の第１の端面１３５から第２の端面１３６に向かって第２の磁性体１３０を通過した後、第２の磁性体１３０の第２の主面１３２における第２の端面１３６側から空気中に放射され、第２の磁性体１３０の第２の端面１３６から第１の端面１３５に向かう方向に空気中を進み、第２の磁性体１３０の第２の主面１３２における第１の端面１３５側に至るように周回する。つまり、ワイヤレス電力伝送用コイル１００が発生する磁束１２７，１３７は、第１の磁性体１２０と第２の磁性体１３０を通過することから、放熱部材１５０に発生する渦電流を減少させることができるため、ワイヤレス電力伝送用コイル１００のインダクタンス値とＱ値の低下を抑制することができる。また、本実施形態では、第１の磁性体１２０と第２の磁性体１３０は、第１の磁性体１２０と第２の磁性体１３０との対向方向における厚みは略同一となっている。したがって、第１の磁性体１２０を通過した磁束１２７によって放熱部材１５０に発生する渦電流と、第２の磁性体１３０を通過する磁束１２７によって放熱部材１５０に発生する渦電流とが互いに逆位相で略同一の電流量となる。そのため、放熱部材１５０に流れる渦電流を相殺させることができるため、ワイヤレス電力伝送用コイル１００のインダクタンス値とＱ値の低下をより抑えることができる。

以上のように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイル１００は、磁性体１１０は、間に放熱部材１５０を介して対向配置される第１の磁性体１２０と第２の磁性体１３０を有し、巻線１４０は、第１の磁性体１２０と第２の磁性体１３０の対向方向と略直交する方向に磁束が鎖交するように巻回されている。そのため、磁性体１１０の鉄損による温度上昇に伴う熱を放熱部材１５０によって効率よく外部へと放熱できるとともに、巻線１４０に電流を流した際に放熱部材１５０に発生する渦電流を減少させることができるため、ワイヤレス電力伝送用コイル１００のインダクタンス値とＱ値の低下を抑制することができる。

また、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイル１００においては、第１の磁性体１２０は対向方向における厚みが第２の磁性体１３０の対向方向における厚みと略同一となっている。そのため、巻線１４０に電流を流した際の、第１の磁性体１２０を通過した磁束１２７によって放熱部材１５０に発生する渦電流と、第２の磁性体１３０を通過する磁束１３７によって放熱部材１５０に発生する渦電流とが互いに逆位相で略同一の電流量となる。その結果、放熱部材１５０に流れる渦電流を相殺させることができるため、ワイヤレス電力伝送用コイル１００のインダクタンス値とＱ値の低下をより抑えることができる。

［第２実施形態］
次に、図６〜図９を参照して、本発明の第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイル２００の構成について説明する。図６は、本発明の第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイル２００を模式的に示した斜視図である。図７は、図６における磁性体および放熱部材を示す分解斜視図である。図８は、図６における切断線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿う断面図である。図９は、図６における切断線ＩＶ−ＩＶに沿う断面図である。第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイル２００は、放熱部材２５０が後述する引出し部２７０を有する点において、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイル１００と異なる。以下、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。なお、図７中、説明の便宜上、巻線１４０は省略している。また、図８および図９では、ワイヤレス電力伝送用コイル２００が発生する磁束のうち、代表的なものとして、第１の磁性体１２０および第２の磁性体１３０とその周囲を通過する磁束を示している。

ワイヤレス電力伝送用コイル２００は、図６に示されるように、磁性体１１０と、巻線１４０と、放熱部材２５０と、を備える。磁性体１１０、巻線１４０の構成は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイル１００と同様である。

放熱部材２５０は、磁性体１１０から発生する熱を放熱する機能を備えている。具体的には、図７に示されるように、放熱部材２５０は、第１の磁性体１２０と第２の磁性体１３０に挟まれる本体部２６０と、本体部２６０から第１の磁性体１２０と第２の磁性体１３０の対向領域外に引き出される引出し部２７０を有する。

本体部２６０は、図７に示されるように、外形形状が略直方体形状を呈しており、その外表面として、対向する略長方形状の第１および第２の主面２６１，２６２と、対向する第１および第２の側面２６３，２６４と、対向する第１および第２の端面２６５，２６６と、を有する。第１および第２の側面２６３，２６４は、第１および第２の主面２６１，２６２間を連結するように第１および第２の主面２６１，２６２の長辺方向に伸びている。第１および第２の端面２６５，２６６は、第１および第２の主面２６１，２６２間を連結するように第１および第２の主面２６１，２６２の短辺方向に伸びている。この本体部２６０は、第１の磁性体１２０と第２の磁性体１３０との対向方向から見て、本体部２６０の中心が第１の磁性体１２０の中心および第２の磁性体１３０の中心と一致するように配置されている。また、本体部２６０の外輪郭は、第１の磁性体１２０と第２の磁性体１３０との対向方向から見て、第１の磁性体１２０の外輪郭および第２の磁性体１３０の外輪郭よりも内側に位置している。すなわち、本体部２６０の第１および第２の主面２６１，２６２の面積は、第１の磁性体１２０の第１および第２の主面１２１，１２２の面積および第２の磁性体１３０の第１および第２の主面１３１，１３２の面積よりも小さくなっている。

引出し部２７０は、図７に示されるように、外形形状が略直方体形状を呈しており、その外表面として、対向する略長方形状の第１および第２の主面２７１，２７２と、対向する第１および第２の側面２７３，２７４と、対向する第１および第２の端面２７５，２７６と、を有する。第１および第２の側面２７３，２７４は、第１および第２の主面２７１，２７２間を連結するように第１および第２の主面２７１，２７２の長辺方向に伸びている。第１および第２の端面２７５，２７６は、第１および第２の主面２７１，２７２間を連結するように第１および第２の主面２７１，２７２の短辺方向に伸びている。この引出し部２７０は、本体部２６０に接続されている。本実施形態では、引出し部２７０は、第１の磁性体１２０と第２の磁性体１３０との対向方向から見て、引出し部２７０の第２の端面２７６が本体部２６０の第１の端面２６５に、第１の磁性体１２０の外輪郭および第２の磁性体１３０の外輪郭よりも内側で接続されており、引出し部２７０の第１の端面２７５側の部分が第１の磁性体１２０の外輪郭および第２の磁性体１３０の外輪郭よりも外側に位置するように引き出されている。また、引出し部２７０の第１および第２の側面２７３，２７４の対向方向の幅は、本体部２６０の第１および第２の側面２６３，２６４の対向方向の幅よりも小さくなっている。またさらには、引出し部２７０は、第１の磁性体１２０と第２の磁性体１３０の対向方向と直交する方向における本体部２６０の略中央に接続されている。つまり、引出し部２７０は、引出し部２７０の引出し方向（第１および第２の端面２７５，２７６の対向方向）と直交する方向（第１および第２の側面２７３，２７４の対向方向）の幅が本体部２６０の外形幅よりも狭く、本体部２６０から第１の磁性体１２０と第２の磁性体１３０の対向領域外に引き出されることとなる。

次に、ワイヤレス電力伝送用コイル２００が発生する磁束について詳細に説明する。巻線１４０に電流を流すと、ワイヤレス電力伝送用コイル２００の周囲に発生する磁束は、図８および図９に示されるように、第１の磁性体１２０およびその周囲を通過する磁束２２７と、第２の磁性体１３０およびその周囲を通過する磁束２３７となる。本実施形態では、磁束２２７（磁束２３７）の多くは、第１の磁性体１２０（第２の磁性体１３０）の第１の端面１２５（第１の端面１３５）から第２の端面１２６（第２の端面１３６）に向かって第１の磁性体１２０（第２の磁性体１３０）を通過した後、第１の磁性体１２０（第２の磁性体１３０）の第１の主面１２１（第２の主面１３２）における第２の端面１２６（第２の端面１３６）側から空気中に放射され、第１の磁性体１２０（第２の磁性体１３０）の第２の端面１２６（第２の端面１３６）から第１の端面１２５（第１の端面１３５）に向かう方向に空気中を進み、第１の磁性体１２０（第２の磁性体１３０）の第１の主面１２１（第２の主面１３２）における第１の端面１２５（第１の端面１３５）側に至るように周回する。このとき、図８に示されるように、磁束２２７（磁束２３７）のうちの一部の磁束２２８（磁束２３８）は、放熱部材２５０の引出し部２７０を貫通し、引出し部２７０に渦電流を発生させる。ところが、本実施形態では、引出し部２７０の引出し方向と直交する方向の幅が本体部２６０の外形幅よりも狭くなっているため、図９に示されるように、引出し部２７０が引き出されていない領域においては、磁束２２７（磁束２３７）のうちの一部の磁束２２８（磁束２３８）は、放熱部材２５０の引出し部２７０を貫通することなく第１の磁性体１２０（第２の磁性体１３０）の第１の端面１２５（第１の端面１３５）から第１の磁性体１２０（第２の磁性体１３０）を通過するように周回することとなる。つまり、引出し部２７０が引き出されていない領域においては、放熱部材２５０の引出し部２７０を貫通する磁束がなく渦電流も発生しない。

以上のように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイル２００は、放熱部材２５０が、第１の磁性体１２０と第２の磁性体１３０に挟まれる本体部２６０と、本体部２６０から第１の磁性体１２０と第２の磁性体１３０の対向領域外に引き出される引出し部２７０を有し、引出し部２７０の引出し方向と直交する方向の幅が本体部２６０の外形幅よりも狭くなっている。そのため、巻線１４０に電流を流した際に発生し磁性体１１０の周囲を通過する磁束２２８，２３８によって引出し部２７０に発生する渦電流を減少させることができるため、コイルのインダクタンス値とＱ値の低下をより抑えることができる。

［第３実施形態］
次に、図１０〜図１３を参照して、本発明の第３実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイル３００の構成について説明する。図１０は、本発明の第３実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイルを模式的に示した斜視図である。図１１は、図１０における磁性体および放熱部材を示す分解斜視図である。図１２は、図１０において、第１の磁性体とその周囲を通過する磁束を模式的に示した図である。図１３は、図１０において、第２の磁性体とその周囲を通過する磁束を模式的に示した図である。第３実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイル３００は、放熱部材３５０の引出し部３７０の位置が、第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイル２００と異なる。以下、第２実施形態と異なる点を中心に説明する。なお、図１１中、説明の便宜上、巻線１４０は省略している。また、図１２、図１３では、ワイヤレス電力伝送用コイル３００が発生する磁束のうち、代表的なものとして、第１の磁性体１２０および第２の磁性体１３０とその周囲を通過する磁束を示している。

ワイヤレス電力伝送用コイル３００は、図１０に示されるように、磁性体１１０と、巻線１４０と、放熱部材３５０とを備える。磁性体１１０、巻線１４０の構成は、第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイル２００と同様である。

放熱部材３５０は、磁性体１１０から発生する熱を放熱する機能を備えている。具体的には、図１１に示されるように、放熱部材３５０は、第１の磁性体１２０と第２の磁性体１３０に挟まれる本体部２６０と、本体部２６０から第１の磁性体１２０と第２の磁性体１３０の対向領域外に引き出される引出し部３７０を有する。本体部２６０の構成は、第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイル２００と同様である。

引出し部３７０は、図１１に示されるように、外形形状が略直方体形状を呈しており、その外表面として、対向する略長方形状の第１および第２の主面３７１，３７２と、対向する第１および第２の側面３７３，３７４と、対向する第１および第２の端面３７５，３７６と、を有する。第１および第２の側面３７３，３７４は、第１および第２の主面３７１，３７２間を連結するように第１および第２の主面３７１，３７２の短辺方向に伸びている。第１および第２の端面３７５，３７６は、第１および第２の主面３７１，３７２間を連結するように第１および第２の主面３７１，３７２の長辺方向に伸びている。この引出し部３７０は、本体部２６０に接続されている。本実施形態では、引出し部３７０は、第１の磁性体１２０と第２の磁性体１３０との対向方向から見て、引出し部３７０の第２の側面３７４が本体部２６０の第１の側面２６３に、第１の磁性体１２０の外輪郭および第２の磁性体１３０の外輪郭よりも内側で接続されており、引出し部３７０の第１の側面３７３側の部分が第１の磁性体１２０の外輪郭および第２の磁性体１３０の外輪郭よりも外側に位置するように引き出されている。また、引出し部３７０の第１および第２の端面３７５，３７６の対向方向の幅は、本体部２６０の第１および第２の端面３６５，３６６の対向方向の幅よりも小さくなっている。またさらには、引出し部３７０は、第１の磁性体１２０と第２の磁性体１３０の対向方向と直交する方向における本体部２６０の略中央に接続されている。つまり、引出し部３７０は、引出し部３７０の引出し方向（第１および第２の側面３７３，３７４の対向方向）と直交する方向（第１および第２の端面３７５，３７６の対向方向）の幅が本体部２６０の外形幅よりも狭く、巻線１４０の始端側から終端側に向かう方向において、隣接する巻線１４０の間から引き出されることとなる。

次に、ワイヤレス電力伝送用コイル３００が発生する磁束について詳細に説明する。まず、図１２を参照して、第１の磁性体１２０とその周囲を通過する磁束について説明する。巻線１４０に電流を流すと、ワイヤレス電力伝送用コイル３００の周囲に発生する磁束は、図１２に示されるように、第１の磁性体１２０とその周囲を通過する磁束３２７，３２８となる。本実施形態では、磁束３２７は、第１の磁性体１２０の第１の端面１２５から第２の端面１２６に向かって第１の磁性体１２０を通過した後、第１の磁性体１２０の第１の主面１２１における第２の端面１２６側から空気中に放射され、第１の磁性体１２０の第２の端面１２６から第１の端面１２５に向かう方向に空気中を進み、第１の磁性体１２０の第１の主面１２１における第１の端面１２５側に至るように周回する。また、磁束３２８は、第１の磁性体１２０の第１の端面１２５から第２の端面１２６に向かって第１の磁性体１２０を通過した後、第１の磁性体１２０の第１の側面１２３における第２の端面１２６側から空気中に放射され、第１の磁性体１２０の第２の端面１２６から第１の端面１２５に向かう方向に空気中を進み、第１の磁性体１２０の第１の側面１２３における第１の端面１２５側に至るように周回する。このとき、図１２に示されるように、引出し部３７０が、磁束３２８が第１の磁性体１２０から空気中に放射あるいは空気中から第１の磁性体１２０に侵入する箇所ではなく、巻線１４０の始端側から終端側に向かう方向において隣接する巻線１４０の間から引き出されているため、第１の磁性体１２０の第１の側面１２３における第２の端面１２６側から第１の磁性体１２０の第１の側面１２３における第１の端面１２５側に向かって空気中を大きく周回する磁束３２８から受ける影響を抑制することができる。したがって、磁束３２７，３２８が放熱部材３５０の引出し部３７０を貫通すことにより引出し部３７０に発生する渦電流をより一層減少させることができる。

続いて、図１３を参照して、第２の磁性体１３０とその周囲を通過する磁束について説明する。巻線１４０に電流を流すと、ワイヤレス電力伝送用コイル３００の周囲に発生する磁束は、図１３に示されるように、第２の磁性体１３０とその周囲を通過する磁束３３７，３３８となる。本実施形態では、磁束３３７は、第２の磁性体１３０の第１の端面１３５から第２の端面１３６に向かって第２の磁性体１３０を通過した後、第２の磁性体１３０の第２の主面１３２における第２の端面１３６側から空気中に放射され、第２の磁性体１３０の第２の端面１３６から第１の端面１３５に向かう方向に空気中を進み、第２の磁性体１３０の第２の主面１３２における第１の端面１３５側に至るように周回する。また、磁束３３８は、第２の磁性体１３０の第１の端面１３５から第２の端面１３６に向かって第２の磁性体１３０を通過した後、第２の磁性体１３０の第１の側面１３３における第２の端面１３６側から空気中に放射され、第２の磁性体１３０の第２の端面１３６から第１の端面１３５に向かう方向に空気中を進み、第２の磁性体１３０の第１の側面１３３における第１の端面１３５側に至るように周回する。このとき、図１３に示されるように、引出し部３７０が、磁束３３８が第２の磁性体１３０から空気中に放射あるいは空気中から第２の磁性体１３０に侵入する箇所ではなく、巻線１４０の始端側から終端側に向かう方向において隣接する巻線１４０の間から引き出されているため、第２の磁性体１３０の第１の側面１３３における第２の端面１３６側から第２の磁性体１３０の第１の側面１３３における第１の端面１３５側に向かって空気中を大きく周回する磁束３３８から受ける影響を抑制することができる。したがって、磁束３３７，３３８が放熱部材３５０の引出し部３７０を貫通すことにより引出し部３７０に発生する渦電流をより一層減少させることができる。

以上のように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイル３００は、放熱部材３５０の引出し部３７０が、巻線１４０の始端側から終端側に向かう方向において隣接する巻線１４０の間から引き出されている。すなわち、引出し部３７０は巻線１４０に電流を流した際に発生する磁性体１１０の周囲を通過する磁束の密度が低い箇所から引出されている。そのため、引出し部３７０に発生する渦電流をより一層減少させることができるため、コイルのインダクタンス値とＱ値の低下をより抑えることができる。

以下、上述の実施形態によって、放熱部材を備えつつ、ワイヤレス電力伝送用コイルのインダクタンス値とＱ値の低下を抑制できることを実施例１と比較例１とによって具体的に示す。

実施例１として、上述した第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイル１００を用いた。比較例１として、実施例１と特性を比較するために、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイル１００において、放熱部材を磁性体の表面に配置したワイヤレス電力伝送用コイル４００を用いた。

まず、図１４を参照して、比較例１のワイヤレス電力伝送用コイル４００の構成を説明する。図１４は、比較例１に係るワイヤレス電力伝送用コイルを模式的に示した斜視図である。ワイヤレス電力伝送用コイル４００は、磁性体４１０と、巻線４４０と、放熱部材４５０を有する。磁性体４１０は、棒状または板状に成型され、外形形状が略直方体形状を呈している。放熱部材４５０は、磁性体４１０の表面上に配置されている。巻線４４０は、複数の絶縁被覆導体を撚り合わせたリッツ線から構成され、間に放熱部材４５０を介して磁性体４１０に螺旋状に巻回されている。

ここで、実施例１と比較例１における巻線１４０，４４０には、ポリイミドで被覆した直径０．１ｍｍの銅線を２０本撚り合わせた直径約１ｍｍのリッツ線を用いた。実施例１における第１の磁性体１２０には、長さ１００ｍｍ、幅１００ｍｍ、厚さ５ｍｍのフェライト（比透磁率３０００程度）を用い、第２の磁性体１３０には、長さ１００ｍｍ、幅１００ｍｍ、厚さ５ｍｍのフェライト（比透磁率３０００程度）を用いた。また、比較例１における磁性体４１０には、長さ１００ｍｍ、幅１００ｍｍ、厚さ１０ｍｍのフェライト（比透磁率３０００程度）を用いた。さらに、実施例１と比較例１における放熱部材１５０，４５０には、長さ８０ｍｍ、幅８０ｍｍ、厚さ１ｍｍの銅板を用いた。またさらには、実施例１と比較例１におけるワイヤレス電力伝送用コイル１００，４００の巻数は、いずれも１１ターンとした。

続いて、実施例１と比較例１において、インピーダンスアナライザを用いてワイヤレス電力伝送用コイル１００，４００のインダクタンス値と等価直列抵抗値を測定した。また、ワイヤレス電力伝送の伝送周波数を１００〔ｋＨｚ〕とし、測定したインダクタンス値と等価直列抵抗値からＱ値を求めた。

インダクタンス値およびＱ値の測定結果を図１５、図１６に示す。図１５および図１６に示されるように、実施例１は、比較例１に比べて、インダクタンス値およびＱ値が著しく高い。比較例１より、放熱部材４５０を磁性体４１０の表面上に配置した場合、インダクタンス値およびＱ値が著しく低下することが確認された。具体的には、比較例１では、放熱部材４５０に渦電流が流れ、巻線４４０から発生する磁束とは逆位相の磁束が発生してしまい、インダクタンス値とＱ値が大幅に低下してしまったためと考えられる。以上のことから、実施例１では、放熱部材１５０を備えつつ、ワイヤレス電力伝送用コイル１００のインダクタンス値およびＱ値の低下が抑制されていることが確認できた。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明したが、本発明は上述の実施形態に限られることなく、様々な変形や変更が可能である。

１…ワイヤレス電力伝送システム、１０…ワイヤレス給電システム、２０…ワイヤレス受電システム、Ｖ…電源、ＩＮＶ…インバータ、Ｃ１…給電コンデンサ、Ｌ１…給電コイル、Ｌ２…受電コイル、Ｃ２…受電コンデンサ、ＲＥＣＴ…整流器、Ｒ…負荷回路、１００，２００，３００，４００…ワイヤレス電力伝送用コイル、１１０，４１０…磁性体、１２０…第１の磁性体、１３０…第２の磁性体、１４０，４４０…巻線、１５０，２５０，３５０，４５０…放熱部材、２６０…本体部、２７０，３７０…引出し部、１２７，１３７，２２７，２２８，２３７，２３８，３２７，３２８，３３７，３３８…磁束、１２１…第１の磁性体の第１の主面、１２２…第１の磁性体の第２の主面、１２３…第１の磁性体の第１の側面、１２４…第１の磁性体の第２の側面、１２５…第１の磁性体の第１の端面、１２６…第１の磁性体の第２の端面、１３１…第２の磁性体の第１の主面、１３２…第２の磁性体の第２の主面、１３３…第２の磁性体の第１の側面、１３４…第２の磁性体の第２の側面、１３５…第２の磁性体の第１の端面、１３６…第２の磁性体の第２の端面、１５１…放熱部材の第１の主面、１５２…放熱部材の第２の主面、１５３…放熱部材の第１の側面、１５４…放熱部材の第２の側面、１５５…放熱部材の第１の端面、１５６…放熱部材の第２の端面、２６１…本体部の第１の主面、２６２…本体部の第２の主面、２６３…本体部の第１の側面、２６４…本体部の第２の側面、２６５…本体部の第１の端面、２６６…本体部の第２の端面、２７１，３７１…引出し部の第１の主面、２７２，３７２…引出し部の第２の主面、２７３，３７３…引出し部の第１の側面、２７４，３７４…引出し部の第２の側面、２７５，３７５…引出し部の第１の端面、２７６，３７６…引出し部の第２の端面。

Claims (7)

1. 磁性体と、
   前記磁性体に巻回される巻線と、
   前記磁性体から発生する熱を放熱する放熱部材と、を備え、
   前記磁性体は、間に前記放熱部材を介して対向配置される第１の磁性体と第２の磁性体を有し、
   前記巻線は、前記第１の磁性体と前記第２の磁性体の対向方向と略直交する方向に磁束が鎖交するように巻回されていることを特徴とするワイヤレス電力伝送用コイル。
2. 前記第１の磁性体は前記対向方向における厚みが前記第２の磁性体の前記対向方向における厚みと略同一であることを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス電力伝送用コイル。
3. 前記放熱部材は、前記第１の磁性体と前記第２の磁性体に挟まれる本体部と、前記本体部から前記第１の磁性体と前記第２の磁性体の対向領域外に引き出される引出し部を有し、
   前記引出し部の引出し方向と直交する方向の幅が本体部の外形幅よりも狭いことを特徴とする請求項１または２に記載のワイヤレス電力伝送用コイル。
4. 前記引出し部は、前記巻線の始端側から終端側に向かう方向において、隣接する巻線の間から引き出されていることを特徴とする請求項３に記載のワイヤレス電力伝送用コイル。
5. 給電コイルを備え、
   前記給電コイルは、請求項１〜４のいずれか一項に記載のワイヤレス電力伝送用コイルであることを特徴とするワイヤレス給電システム。
6. 受電コイルを備え、
   前記受電コイルは、請求項１〜４のいずれか一項に記載のワイヤレス電力伝送用コイルであることを特徴とするワイヤレス受電システム。
7. 給電コイルを有するワイヤレス給電システムと、
   受電コイルを有するワイヤレス受電システムと、を備え、
   前記給電コイルおよび前記受電コイルの少なくとも一方は、請求項１〜４のいずれか一項に記載のワイヤレス電力伝送用コイルであることを特徴とするワイヤレス電力伝送システム。

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