JP6649925B2

JP6649925B2 - 電力伝送ユニット

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Publication number: JP6649925B2
Application number: JP2017197659A
Authority: JP
Inventors: アントニーガフ; 良平西崎
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2017-10-11
Filing date: 2017-10-11
Publication date: 2020-02-19
Anticipated expiration: 2037-10-11
Also published as: DE102018217314A1; US20190108940A1; US10825606B2; JP2019071748A; CN109660033A; CN109660033B

Description

本発明は、電力伝送ユニットに関する。

従来、電力伝送ユニットとして、例えば、特許文献１には、非接触で電力を供給する給電システムが開示されている。この給電システムは、電力を供給する給電側共鳴コイルと、当該給電側共鳴コイルにより発生する漏洩磁界を遮蔽する給電側シールドケースとを備えている。

特開２０１４−１１３０２１号公報

ところで、上述の特許文献１に記載の給電システムは、例えば、給電側共鳴コイルに接続される基板に電流が流れ、当該電流により発生する磁界が外部に漏洩することを抑制する点で、更なる改善の余地がある。

そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、少なくとも基板から発生する磁界が外部に漏洩することを抑制できる電力伝送ユニットを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る電力伝送ユニットは、相手側電力伝送コイルと非接触により電力を伝送する電力伝送コイルと、板状に形成され、前記電力伝送コイルに対向して設けられ、前記電力伝送コイルに電気的に接続され、前記電力伝送コイルとの間で電流が流れる基板と、板状又は膜状に形成され、前記基板の前記電力伝送コイルとは反対側に設けられ、磁界を遮蔽する第１シールド部材と、板状に形成され、前記第１シールド部材と前記基板との間に設けられ、磁性材料を含んで構成される磁性部材と、を備え、前記磁性部材は、前記電力伝送コイルと前記基板とが対向する対向方向に交差する交差方向において、当該磁性部材の前記交差方向に沿って延在する側の端部が、前記第１シールド部材の前記交差方向に沿って延在する側の端部よりも前記第１シールド部材の中央側に位置することを特徴とする。

上記電力伝送ユニットにおいて、前記第１シールド部材は、前記基板と同等の大きさに形成されることが好ましい。

上記電力伝送ユニットにおいて、軸線周りに環状に形成され、内側に設けられる前記電力伝送コイルにより発生する磁界を遮蔽するシールド壁部を有する第２シールド部材を備え、前記シールド壁部は、前記軸線に交差する交差方向に対向する壁面の間隔が、前記相手側電力伝送コイルに向けて広くなるように形成されていることが好ましい。
本発明に係る電力伝送ユニットは、相手側電力伝送コイルと非接触により電力を伝送する電力伝送コイルと、板状に形成され、前記電力伝送コイルに対向して設けられ、前記電力伝送コイルに電気的に接続され、前記電力伝送コイルとの間で電流が流れる基板と、板状又は膜状に形成され、前記基板の前記電力伝送コイルとは反対側に設けられ、磁界を遮蔽する第１シールド部材と、軸線周りに環状に形成され、内側に設けられる前記電力伝送コイルにより発生する磁界を遮蔽するシールド壁部を有する第２シールド部材と、を備え、前記シールド壁部は、前記軸線に交差する交差方向に対向する壁面の間隔が、前記相手側電力伝送コイルに向けて広くなるように形成されていることを特徴とする。

本発明に係る電力伝送ユニットは、基板の電力伝送コイルとは反対側に設けられ磁界を遮蔽する第１シールド部材を備えるので、少なくとも基板から発生する磁界が外部に漏洩することを抑制できる。

図１は、実施形態１に係る電力伝送ユニットの構成例を示す斜視図である。図２は、実施形態１に係る電力伝送ユニットの構成例を示す分解斜視図である。図３は、実施形態１に係るアウターケースを取り外した状態の電力伝送ユニットの構成例を示す斜視図である。図４は、実施形態１に係る電力伝送ユニットの構成例を示す裏面側の斜視図である。図５は、実施形態１に係る電力伝送ユニットにおける図３のＭ−Ｍ断面図である。図６は、実施形態１に係る送電側及び受電側の電力伝送ユニットを示す断面図である。図７は、比較例に係る電力伝送ユニットの磁界を示す図である。図８は、実施形態１に係る電力伝送ユニットの磁界を示す図である。図９は、実施形態２に係る電力伝送ユニットの要部の構成例を示す断面図である。図１０は、実施形態２に係る電力伝送ユニットの磁界を示す図である。図１１は、比較例としての実施形態１に係る電力伝送ユニットの渦電流による損失を示す図である。図１２は、実施形態２に係る電力伝送ユニットの渦電流による損失を示す図である。図１３は、実施形態２に係る基板と電力伝送コイルとの間隔の一例を示す図である。図１４は、実施形態３に係る電力伝送ユニットの要部の構成例を示す断面図である。図１５は、比較例としての実施形態２に係る電力伝送ユニットの要部の磁界を示す図である。図１６は、実施形態３に係る電力伝送ユニットの要部の磁界を示す図である。図１７は、実施形態１、２、３に係る電力伝送ユニットの電力伝送効率のシミュレーション結果を示す図である。

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。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

〔実施形態１〕
実施形態に係る電力伝送ユニット１について説明する。電力伝送ユニット１は、非接触で電力を伝送し且つ信号を無線通信するユニットである。電力伝送ユニット１は、電力を送電する送電側、又は、電力を受電する受電側として機能する。電力伝送ユニット１は、例えば、図示しない車両に設けられた蓄電池を充電する場合に使用される。この場合、受電側の電力伝送ユニット１は、例えば、車両の底面部に設置され、車両の蓄電池に接続される。また、送電側の電力伝送ユニット１は、例えば、図示しない充電ステーションの地面に設置され、電源に接続される。送電側の電力伝送ユニット１は、受電側の電力伝送ユニット１と対向した状態で、電源から供給される電力を磁気共鳴等により受電側の電力伝送ユニット１に送電する。受電側の電力伝送ユニット１は、送電側の電力伝送ユニット１から送電された電力を受電し、受電した電力を車両の蓄電池に出力する。以下の説明において、電力伝送ユニット１は、送電側と受電側とにおいて主要な構成が同等の構成であるので、特段断りがない限り、送電側と受電側とを区別することなく説明する。

電力伝送ユニット１は、図１、図２、図３に示すように、基板１０と、電力伝送コイル２０と、フェライト３０と、第２シールド部材としてのコイルシールド部材４０と、通信部としての通信カプラ５０と、インナー部材としてのインナーケース６０と、アウター部材としてのアウターケース７０と、第１シールド部材としての基板シールド部材８０とを備える。

ここで、軸線方向は、軸線Ｘに沿った方向である。軸線方向の上側は、電力伝送コイル２０側であり、軸線方向の下側は、基板１０側である。また、軸線方向は、対向方向とも称する。交差方向は、軸線方向に交差する方向である。直交方向は、軸線方向に直交する方向である。

基板１０は、電子回路を形成するものである。基板１０は、いわゆるプリント回路基板（ＰｒｉｎｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔＢｏａｒｄ）である。基板１０は、例えば、エポキシ樹脂、ガラスエポキシ樹脂、紙エポキシ樹脂やセラミック等の絶縁性の材料からなる絶縁層に銅箔等の導電性部材によって配線パターン（プリントパターン）が形成される。基板１０は、例えば、矩形の板状に形成され、共振用コンデンサ等の種々の電子部品１１が実装される実装面１０ａと、当該実装面１０ａとは反対側の裏面１０ｂとを有する。基板１０は、実装面１０ａに実装された種々の電子部品１１を配線パターンにより電気的に接続する。基板１０は、軸線方向において電力伝送コイル２０に対向して設けられる。基板１０は、電力伝送コイル２０に電気的に接続され、当該電力伝送コイル２０との間で高周波電流が流れる。

電力伝送コイル２０は、相手側電力伝送コイル２０Ａと非接触で電力を伝送するコイルである。電力伝送コイル２０は、共振用コンデンサと共にＬＣ共振回路を構成する。電力伝送コイル２０は、例えば、共振用コンデンサに直列に接続される。電力伝送コイル２０は、例えば、導体線２１が軸線Ｘ周りに渦巻状に設けられたコイル巻線部２２と、導体線２１の巻始め側の端部である巻始め端部２３と、巻始め端部２３とコイル巻線部２２との間の部分である中間部２４と、導体線２１の巻終り側の端部である巻終り端部２５とを備える。導体線２１は、例えば、複数の導体素線を撚り合せたリッツ線である。コイル巻線部２２は、軸線方向に交差する交差方向に沿って内側から外側に向けて複数回巻き回され渦巻状に形成された部分である。典型的には、コイル巻線部２２は、軸線方向に直交する直交方向に沿って内側から外側に向けて複数回巻き回される。中間部２４は、導体線２１がコイル巻線部２２の内側から外側に横断する部分である。中間部２４は、例えば、軸線方向に沿って圧縮され接着部材によりコイル巻線部２２に固定される。巻始め端部２３及び巻終り端部２５は、軸線方向から視た場合、コイル巻線部２２の外側に位置する。巻始め端部２３及び巻終り端部２５は、基板１０に電気的に接続される。

フェライト３０は、磁性材料を含む部材であり、例えば、酸化鉄と金属との複合酸化物である。フェライト３０は、例えば、矩形の板状に形成され、電力伝送コイル２０と同等の大きさに形成される。フェライト３０は、軸線方向において電力伝送コイル２０に対向して設けられる。フェライト３０は、電力伝送コイル２０により発生する磁力を通過させて磁力の損失を抑制する。

コイルシールド部材４０は、ノイズ等の原因となる余分な電力伝送コイル２０の磁力（漏洩磁界）を遮蔽する部材である。コイルシールド部材４０は、例えば、銅やアルミ等の導電性の高い金属により形成される。コイルシールド部材４０は、軸線Ｘ周りに環状に形成されたシールド壁部４１を備え、軸線方向の両側が開口される。シールド壁部４１は、例えば、長尺状の板部材が軸線Ｘ周りに１周巻き回されて形成されるが、この形成方法に限定されない。シールド壁部４１は、軸線方向から視た場合、略矩形状に形成されており、４つの角部が丸みを有する。シールド壁部４１は、図３、図５等に示すように、交差方向に沿う位置で電力伝送コイル２０及びフェライト３０を囲うように設けられる。つまり、シールド壁部４１は、電力伝送コイル２０及びフェライト３０を囲うように外側に位置し、且つ、交差方向から視た場合、電力伝送コイル２０及びフェライト３０と重なるように設けられる。

シールド壁部４１は、相手側電力伝送コイル２０Ａ側に向けて末広がり形状に形成される。つまり、シールド壁部４１は、交差方向に対向する壁面４１ａの間隔Ｐが、軸線方向の一方側（下側）から他方側（上側）に向けて広くなるように形成される（図５、図６参照）。これにより、シールド壁部４１は、電力伝送コイル２０の磁力線（磁束線）が直交することを抑制することができる。従って、シールド壁部４１は、電力伝送コイル２０による磁界の変動を打ち消す磁界を発生させる渦電流が流れることを抑制できるので、電力伝送効率の低下を抑制することができる。また、シールド壁部４１は、軸線方向に沿って切断した切断部４１ｂが、シールド壁部４１の外側に湾曲した弧状に形成される。これにより、シールド壁部４１は、渦電流が流れることをより抑制することができる。

通信カプラ５０は、信号を送受信するアンテナである。通信カプラ５０は、軸線Ｘ周りに環状に形成される。通信カプラ５０は、例えば、アンテナ線５１が軸線Ｘ周りに複数回（例えば３回）螺旋状に巻き回されて形成される。通信カプラ５０は、アンテナ線５１の巻始め側の端部である第１端部５２とアンテナ線５１の巻終り側の端部である第２端部５３とが基板１０に電気的に接続される。通信カプラ５０は、軸線方向から視た場合、略矩形状に形成される。通信カプラ５０は、交差方向に沿う位置で電力伝送コイル２０を囲うように設けられる。つまり、通信カプラ５０は、電力伝送コイル２０を囲うように外側に位置する。通信カプラ５０は、交差方向において電力伝送コイル２０との間にコイルシールド部材４０が設けられる。これにより、コイルシールド部材４０は、電力伝送コイル２０による磁力が通信カプラ５０に影響することを抑制できる。従って、通信カプラ５０は、特性が変化することを抑制することが可能となり信号の損失を抑制することができるので、通信品質が低下することを抑制できる。

インナーケース６０は、アウターケース７０の内部に収容される部材である。インナーケース６０は、絶縁性の合成樹脂等により形成され、例えば、周知の射出成形によって成形される。インナーケース６０は、相手側電力伝送コイル２０Ａと電力伝送可能に、基板１０、電力伝送コイル２０、及び、フェライト３０の相対位置を規定し、さらに、相手側通信カプラ５０Ａと通信可能に、コイルシールド部材４０及び通信カプラ５０の相対位置を規定する。そして、インナーケース６０は、基板１０、電力伝送コイル２０、フェライト３０、コイルシールド部材４０、及び、通信カプラ５０が組み付けられる。これにより、電力伝送ユニット１は、基板１０、電力伝送コイル２０、及び、フェライト３０、コイルシールド部材４０、及び、通信カプラ５０を含む構成部品がインナーケース６０に位置決めされて組み付けられた状態で、当該インナーケース６０をアウターケース７０に収容することができる。従って、電力伝送ユニット１は、例えば、直接、アウターケース７０の内側に構成部品を組み付ける場合と比較し、構成部品の相対位置を容易且つ正確に規定することができると共に構成部品を容易に保持することができる。これにより、電力伝送ユニット１は、相手側電力伝送ユニット２の構成部品との相対位置も正確に規定することができる。

インナーケース６０は、支持板６１と、立設壁部６２と、収容室６３と、複数の連結部材６４とを備える。支持板６１は、軸線Ｘに交差するように設けられる。立設壁部６２は、支持板６１から立設され軸線Ｘ周りに環状に設けられる。立設壁部６２は、軸線方向から視た場合、略矩形状に形成される。立設壁部６２は、外周の形状が通信カプラ５０の内周の形状と同等の形状である。立設壁部６２は、例えば、通信カプラ５０が外面に巻き回されることにより当該通信カプラ５０を装着する。立設壁部６２は、内周の形状がコイルシールド部材４０の外周の形状と同等の形状である。立設壁部６２は、内側にコイルシールド部材４０の外面を支持する湾曲形状の支持部６２ａを備える。立設壁部６２は、コイルシールド部材４０を支持部６２ａにより支持して装着する。立設壁部６２は、例えば、コイルシールド部材４０を粘着テープ等（図示せず）により支持部６２ａに貼り付けて当該コイルシールド部材４０を装着する。立設壁部６２は、軸線方向の上側の縁部に切欠き部６１ａが設けられる。切欠き部６１ａは、立設壁部６２の軸線方向の上側の縁部の一部が切り込まれることにより形成される。これにより、切欠き部６１ａは、ポッティング材やモールド材をインナーケース６０の内部まで流れ込みやすくすることができる。

収容室６３は、直方体形状に形成され、立設壁部６２の内側に設けられる。収容室６３は、電力伝送コイル２０を収容する空間部６３ａと、電力伝送コイル２０を空間部６３ａに挿入する挿入口６３ｂと、電力伝送コイル２０の温度を計測し、且つ、アウターケース７０の間に存在する異物（例えば金属異物）を検知するためのサーミスタ１１ｂを取り付ける取付部６３ｃとを備える。収容室６３は、電力伝送コイル２０が挿入口６３ｂから空間部６３ａに挿入され、挿入された電力伝送コイル２０が空間部６３ａに収容される。収容室６３は、空間部６３ａに収容された電力伝送コイル２０の温度を計測し、且つ、アウターケース７０の間に存在する異物を検知するためのサーミスタ１１ｂが取付部６３ｃに取り付けられる。なお、インナーケース６０は、電力伝送コイル２０を挿入口６３ｂから空間部６３ａに挿入できるようにするために、挿入口６３ｂ側の一部６０ａが本体部６０ｂから分離可能に構成される。

各連結部材６４は、インナーケース６０と基板１０とを連結する棒状の部材である。各連結部材６４は、インナーケース６０の軸線方向の下側から当該軸線方向に沿って基板１０側に延在する。各連結部材６４は、基板１０側の端部が当該基板１０に固定されることにより、インナーケース６０と基板１０とを所定の間隔をあけて連結する。各連結部材６４は、例えば、基板１０側の端面にネジ孔が設けられる。各連結部材６４は、このネジ孔にボルトが締結され基板１０側の端面とボルトとにより基板１０を挟持することでインナーケース６０と基板１０とを連結する。なお、インナーケース６０と基板１０との連結方法は、上記の方法に限定されない。

アウターケース７０は、インナーケース６０を覆う筐体である。アウターケース７０は、絶縁性の合成樹脂等により形成され、例えば、周知の射出成形によって成形される。アウターケース７０は、例えば、軸線方向の上側に設けられるアッパーケース７１と、軸線方向の下側に設けられるロアーケース７２とを備える。アウターケース７０は、アッパーケース７１とロアーケース７２とが軸線方向に組み付けられることで箱形状に形成される。アウターケース７０は、基板１０に設けられたコネクタ接続部１１ａを露出するコネクタ開口部７３が設けられる。アウターケース７０は、基板１０、電力伝送コイル２０、フェライト３０、コイルシールド部材４０、及び、通信カプラ５０がインナーケース６０に組み付けられた状態で、アッパーケース７１及びロアーケース７２により当該インナーケース６０全体を覆う。

基板シールド部材８０は、基板１０や当該基板１０に接続される配線に流れる高周波電流により発生する漏洩磁界（以下、基板漏洩磁界とも称する。）を遮蔽する金属板である。基板シールド部材８０は、例えば、銅やアルミ等の導電性の高い金属により形成される。基板シールド部材８０は、例えば、矩形の板状に形成され、基板１０と同等の大きさに形成される。基板シールド部材８０は、基板１０の電力伝送コイル２０とは反対側、つまり、基板１０の裏面１０ｂに設けられる。基板シールド部材８０は、基板１０の裏面１０ｂに当接した状態で組み付けられる。基板シールド部材８０は、例えば、基板１０の裏面１０ｂに重ねられた状態で、各連結部材６４のネジ孔にボルトが締結される。この締結により、基板シールド部材８０及び基板１０は、各連結部材６４の基板１０側の端面とボルトとにより挟持される。この結果、基板シールド部材８０は、基板１０の裏面１０ｂに当接した状態で組み付けられる。この構成により、基板シールド部材８０は、基板シールド部材８０と基板１０とを当接して連結するので、電力伝送ユニット１の軸線方向の長さを相対的に短くすることができ、電力伝送ユニット１の大型化を抑制できる。なお、基板シールド部材８０は、基板１０の裏面１０ｂと離間させた状態、つまり基板１０の裏面１０ｂとの間に空気層を設けた状態で組み付けてもよい。この構成により、基板シールド部材８０は、電力伝送ユニット１の軸線方向の長さが相対的に長くなるが、空気層により渦電流の発生を抑制することができる。

以上のように、実施形態１に係る電力伝送ユニット１は、電力伝送コイル２０と、基板１０と、基板シールド部材８０とを備える。電力伝送コイル２０は、相手側電力伝送コイル２０Ａと非接触により電力を伝送する。基板１０は、板状に形成され、電力伝送コイル２０に対向して設けられ、電力伝送コイル２０に電気的に接続され、電力伝送コイル２０との間で高周波電流が流れる。基板シールド部材８０は、板状に形成され、基板１０の電力伝送コイル２０とは反対側に設けられ、磁界を遮蔽する。

この構成により、電力伝送ユニット１は、基板シールド部材８０により基板１０や当該基板１０に接続される配線に流れる高周波電流により発生する基板漏洩磁界を遮蔽することができる。この遮蔽により、電力伝送ユニット１は、基板漏洩磁界が当該電力伝送ユニット１のアウターケース７０の外側に漏洩することを抑制できる。この抑制により、電力伝送ユニット１は、基板漏洩磁界が外部の電子機器や金属部品等に与える影響を抑制することができる。例えば、図７は、比較例に係る電力伝送ユニット３の磁界を示す図であり、磁界の分布を図示している。比較例に係る電力伝送ユニット３は、基板シールド部材８０を備えていない以外は、実施形態１に係る電力伝送ユニット１と同等の構成である。比較例に係る電力伝送ユニット３は、図７に示すように、基板漏洩磁界がアウターケース７０の外側に広く分布していることが分かる。これに対して、実施形態１に係る電力伝送ユニット１及び相手側電力伝送ユニット２は、基板シールド部材８０を備えるので、図８に示すように、電力伝送ユニット３と比較して基板漏洩磁界がアウターケース７０の外側に分布することを抑制できることが分かる。

上記電力伝送ユニット１において、基板シールド部材８０は、基板１０と同等の大きさに形成される。この構成により、電力伝送ユニット１は、基板漏洩磁界がアウターケース７０の外側に分布することを効果的に抑制できる。

上記電力伝送ユニット１において、軸線Ｘ周りに環状に形成され、内側に設けられる電力伝送コイル２０により発生する磁界を遮蔽するシールド壁部４１を有するコイルシールド部材４０を備える。シールド壁部４１は、軸線Ｘに交差する交差方向に対向する壁面４１ａの間隔Ｐが、相手側電力伝送コイル２０Ａに向けて広くなるように形成される。この構成により、コイルシールド部材４０は、電力伝送コイル２０の磁力線とシールド壁部４１の壁面４１ａとが直交することを抑制できる。従って、コイルシールド部材４０は、渦電流が発生することを抑制でき、電力伝送効率の低下を抑制できる。このように、コイルシールド部材４０は、他の部品を追加することなく簡易な構成により電力伝送効率の低下を抑制できる。また、コイルシールド部材４０は、当該コイルシールド部材４０の発熱を抑制できる。

〔実施形態２〕
次に、実施形態２に係る電力伝送ユニット１Ａ及び相手側電力伝送ユニット２Ａについて説明する。なお、電力伝送ユニット１Ａと相手側電力伝送ユニット２Ａとは、同等の構成であるため、相手側電力伝送ユニット２Ａの説明は省略する。また、実施形態２は、実施形態１と同等の構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。電力伝送ユニット１Ａは、磁性部材９０を備える点で実施形態１と異なる。電力伝送ユニット１Ａは、図９に示すように、基板シールド部材８０と基板１０との間に磁性部材９０が設けられる。磁性部材９０は、磁性材料を含む部材であり、例えば、酸化鉄と金属との複合酸化物である。磁性部材９０は、例えば、矩形の板状に形成され、基板シールド部材８０と同等の大きさに形成される。磁性部材９０は、軸線方向において基板シールド部材８０と基板１０との間に挟まれる。基板シールド部材８０、磁性部材９０、及び、基板１０は、同じ向きで積層され、積層された状態で矩形の平板形状を成す。基板シールド部材８０、磁性部材９０、及び、基板１０は、軸線方向から視て、それぞれの端部が揃っている。つまり、基板シールド部材８０、磁性部材９０、及び、基板１０は、軸線方向から視て、基板シールド部材８０の交差方向の端部８１と磁性部材９０の交差方向の端部９１と基板１０の交差方向の端部１２とがそれぞれ揃った状態で積層される。

磁性部材９０は、例えば、基板シールド部材８０及び基板１０に当接した状態で積層され組み付けられる。磁性部材９０は、例えば、基板シールド部材８０と基板１０とに挟まれた状態で、上述の各連結部材６４のネジ孔にボルトが締結される。この締結により、基板シールド部材８０、磁性部材９０、及び、基板１０は、各連結部材６４の基板１０側の端面とボルトとにより挟持される。この結果、磁性部材９０は、基板シールド部材８０と基板１０との間に挟まれた状態で組み付けられる。

以上のように、実施形態２に係る電力伝送ユニット１Ａは、板状に形成され、基板シールド部材８０と基板１０との間に設けられ、磁性材料を含んで構成される磁性部材９０を備える。この構成により、電力伝送ユニット１Ａにおいて、磁性部材９０は、基板１０に流れる高周波電流により発生する磁力（磁界）を通過させて当該磁力が基板シールド部材８０に及ぶことを抑制する。この抑制により、電力伝送ユニット１Ａは、図１０に示すように、実施形態１の電力伝送ユニット１（図８）と比較して、基板漏洩磁界がアウターケース７０の外側に分布することをより抑制できることが分かる。また、電力伝送ユニット１Ａは、磁性部材９０により基板シールド部材８０に渦電流が発生することを抑制できる。ここで、実施形態１に係る電力伝送ユニット１は、磁性部材９０を備えていないので、基板漏洩磁界が基板シールド部材８０に分布する傾向にある。実施形態１に係る電力伝送ユニット１は、この基板漏洩磁界の分布により、基板シールド部材８０に渦電流が発生し、図１１に示すように、渦電流による損失（渦電流損）が相対的に大きくなる。これに対して、実施形態２に係る電力伝送ユニット１Ａは、磁性部材９０を備えているので、基板漏洩磁界が基板シールド部材８０に分布することを抑制できる。実施形態２に係る電力伝送ユニット１Ａは、この抑制により基板シールド部材８０に渦電流が発生することを抑制できる。この結果、実施形態２に係る電力伝送ユニット１Ａは、図１２に示すように、渦電流による損失を実施形態１の電力伝送ユニット１よりも小さくすることができ、電力伝送効率を向上できる。ここで、図１３は、実施形態２に係る基板１０と電力伝送コイル２０との間隔の一例を示す図である。図１３において、Ｌは、インダクタンスであり、Ｒは、抵抗値であり、Ｑは、品質係数（ＱｕａｌｉｔｙＦａｃｔｏｒ）であり、κは、結合係数である。比較例としての実施形態１に係る電力伝送ユニット１は、図１３に示すように、基板１０と電力伝送コイル２０との間隔が１５ｍｍ程度の場合、基板１０と電力伝送コイル２０との間隔が２０ｍｍ程度の場合よりも、品質係数Ｑが低下することが分かる。これは、基板１０と電力伝送コイル２０とが近づくため、基板シールド部材８０に発生する渦電流が増加するためである。実施形態２に係る電力伝送ユニット１Ａは、磁性部材９０により基板シールド部材８０に発生する渦電流を抑制するので、インダクタンスＬを増加することができ抵抗値Ｒを下げることができる。この結果、実施形態２に係る電力伝送ユニット１Ａは、基板１０と電力伝送コイル２０との間隔を１５ｍｍ程度とした場合でも、品質係数Ｑの低下を抑制することができる。この抑制により、実施形態２に係る電力伝送ユニット１Ａは、電力伝送効率の低下を抑制すると共に基板シールド部材８０の渦電流による発熱を抑制した上で、基板１０と電力伝送コイル２０と間隔を狭くすることができるので、ユニットの大型化を抑制することができる。なお、図１３において、基板１０の電子部品１１を接続する線材及び電力伝送コイル２０による損失は、ほとんど変化が見られなかった。

〔実施形態３〕
次に、実施形態３に係る電力伝送ユニット１Ｂ及び相手側電力伝送ユニット２Ｂについて説明する。なお、電力伝送ユニット１Ｂと相手側電力伝送ユニット２Ｂとは、同等の構成であるため、相手側電力伝送ユニット２Ｂの説明は省略する。また、実施形態３は、実施形態１、２と同等の構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。電力伝送ユニット１Ｂは、基板シールド部材８０に対する磁性部材９０Ａのサイズが小さい点で実施形態２と異なる。電力伝送ユニット１Ｂは、図１４に示すように、磁性部材９０Ａの交差方向に沿って延在する側の端部９１が、基板シールド部材８０の交差方向に沿って延在する側の端部８１よりも内側に位置する。つまり、磁性部材９０Ａは、当該磁性部材９０Ａの端部９１が、基板シールド部材８０の端部８１よりも基板シールド部材８０の中央側、つまり軸線Ｘ側に位置する。言い換えると、基板シールド部材８０は、当該基板シールド部材８０の端部８１が、磁性部材９０Ａの端部９１よりも外側に突出している。また、電力伝送ユニット１Ｂは、磁性部材９０Ａが基板シールド部材８０よりも軸線Ｘ周りの外形が小さく形成され、軸線方向から視た場合、磁性部材９０Ａが基板シールド部材８０の内側に位置するともいえる。この構成により、電力伝送ユニット１Ｂは、基板１０と基板シールド部材８０との間に設けられた空気層であるギャップＧが形成される。

以上のように、実施形態３に係る電力伝送ユニット１Ｂにおいて、磁性部材９０Ａは、電力伝送コイル２０と基板１０とが対向する対向方向（軸線方向）に交差する交差方向において、当該磁性部材９０Ａの交差方向に沿って延在する側の端部９１が、基板シールド部材８０の交差方向に沿って延在する側の端部８１よりも基板シールド部材８０の中央側に位置する。この構成により、電力伝送ユニット１Ｂは、基板１０と基板シールド部材８０との間にギャップＧを形成することができる。この構成により、電力伝送ユニット１Ｂは、基板１０の端部１２において、基板漏洩磁界がギャップＧよりも磁性部材９０Ａを優先して通過する。つまり、電力伝送ユニット１Ｂは、基板１０の端部１２において、基板漏洩磁界が基板１０の端部１２よりも内側に分布しやすくなる。ここで、実施形態２に係る電力伝送ユニット１Ａは、ギャップＧが設けられていないので、図１５に示すように、基板漏洩磁界が基板１０の端部１２から外側に相対的に広く分布する。これに対して、実施形態３に係る電力伝送ユニット１Ｂは、ギャップＧが設けられているので、図１６に示すように、実施形態２に係る電力伝送ユニット１Ａよりも、基板漏洩磁界が基板１０の端部１２から外側に分布することを抑制することができる。

次に、図１７を参照して、上記実施形態１〜３に係る電力伝送ユニット１、１Ａ、１Ｂの電力伝送効率のシミュレーション結果について説明する。ここで、図１７及び以下の式（１）〜（３）において、Ｌは、インダクタンスであり、Ｒは、抵抗値であり、Ｑは、品質係数であり、κは、結合係数であり、ｆは、非接触給電における電力の周波数であり、ηは、電力伝送効率であり、η_maxSSは、最大の電力伝送効率を示す。品質係数Ｑは、以下の式（１）により求められる。電力伝送効率ηは、以下の式（２）に示すように、結合係数κと品質係数Ｑとの積に比例する。最大の電力伝送効率η_maxSSは、以下の式（３）により求められる。

図１７に示すように、品質係数Ｑは、実施形態３に係る電力伝送ユニット１Ｂが最も良好であり、次に、実施形態２に係る電力伝送ユニット１Ａが良好であり、その次に、比較例に係る電力伝送ユニット３が良好であることが分かる。実施形態１に係る電力伝送ユニット１は、上述のように基板シールド部材８０によって比較例に係る電力伝送ユニット３よりも基板漏洩磁界を抑制することができる。しかしながら、実施形態１に係る電力伝送ユニット１は、基板シールド部材８０に渦電流が発生するために、品質係数Ｑが比較例に係る電力伝送ユニット３よりも悪化している。結合係数κは、実施形態１〜３及び比較例において多少差が見られるものの略同じ値である。実施形態２に係る電力伝送ユニット１Ａは、磁性部材９０により、実施形態１に係る電力伝送ユニット１と比較して、基板シールド部材８０の渦電流の損失を大きく抑制できることが分かる。実施形態３に係る電力伝送ユニット１Ｂも、磁性部材９０Ａにより、実施形態１に係る電力伝送ユニット１と比較して、基板シールド部材８０の渦電流の損失を大きく抑制できることが分かる。また、アウターケース７０から軸線方向において２５ｍｍ程度離れた箇所の基板漏洩磁界は、実施形態３に係る電力伝送ユニット１Ｂが最も少なく、次に、実施形態２に係る電力伝送ユニット１Ａが少なく、その次に、実施形態１に係る電力伝送ユニット１が少なく、比較例に係る電力伝送ユニット３が最も多いことが分かる。以上のように、実施形態１〜３に係る電力伝送ユニット１、１Ａ、１Ｂは、比較例に係る電力伝送ユニット３よりも基板漏洩磁界を抑制することができることが分かる。また、実施形態２、３に係る電力伝送ユニット１Ａ、１Ｂは、比較例に係る電力伝送ユニット３よりも品質係数Ｑを向上させることができるので、電力伝送効率がよいことが分かる。また、実施形態２、３に係る電力伝送ユニット１Ａ、１Ｂは、比較例に係る電力伝送ユニット３よりも品質係数Ｑを向上させることができるので、電力伝送コイル２０の巻き数を減らすことができ、小型化することができる。

〔変形例〕
次に、実施形態１〜３の変形例について説明する。電力伝送ユニット１、１Ａ、１Ｂは、基板１０に高周波電流が流れる例について説明したが、これに限定されず、低周波電流が流れる場合に適用してもよい。

また、基板シールド部材８０は、板状の金属板である例について説明したが、これに限定されず、例えば、膜状の金属層であってもよい。この場合、基板シールド部材８０は、例えば、金属の蒸着により基板１０の裏面１０ｂや磁性部材９０に膜状に形成される。

また、基板シールド部材８０は、基板１０と同等の大きさに形成される例について説明したが、これに限定されず、基板１０よりも大きくても小さくてもよい。基板シールド部材８０は、基板１０よりも小さい場合、基板１０の高周波電流が流れる部分を覆っていることが好ましい。

また、インナーケース６０は、各連結部材６４をスペーサとして機能させてもよい。スペーサは、インナーケース６０に設けられる電力伝送コイル２０及び通信カプラ５０と基板１０との間隔を調整することで、電力伝送コイル２０及び通信カプラ５０と基板１０との干渉を防止する。

１、１Ａ、１Ｂ電力伝送ユニット
２０Ａ相手側電力伝送コイル
１０基板
２０電力伝送コイル
４０コイルシールド部材（第２シールド部材）
４１シールド壁部
４１ａ壁面
８０基板シールド部材（第１シールド部材）
８１、９１端部
９０、９０Ａ磁性部材
Ｐ間隔
Ｘ軸線

Claims

相手側電力伝送コイルと非接触により電力を伝送する電力伝送コイルと、
板状に形成され、前記電力伝送コイルに対向して設けられ、前記電力伝送コイルに電気的に接続され、前記電力伝送コイルとの間で電流が流れる基板と、
板状又は膜状に形成され、前記基板の前記電力伝送コイルとは反対側に設けられ、磁界を遮蔽する第１シールド部材と、
板状に形成され、前記第１シールド部材と前記基板との間に設けられ、磁性材料を含んで構成される磁性部材と、を備え、
前記磁性部材は、前記電力伝送コイルと前記基板とが対向する対向方向に交差する交差方向において、当該磁性部材の前記交差方向に沿って延在する側の端部が、前記第１シールド部材の前記交差方向に沿って延在する側の端部よりも前記第１シールド部材の中央側に位置することを特徴とする電力伝送ユニット。
前記第１シールド部材は、前記基板と同等の大きさに形成される請求項１に記載の電力伝送ユニット。
軸線周りに環状に形成され、内側に設けられる前記電力伝送コイルにより発生する磁界を遮蔽するシールド壁部を有する第２シールド部材を備え、
前記シールド壁部は、前記軸線に交差する交差方向に対向する壁面の間隔が、前記相手側電力伝送コイルに向けて広くなるように形成されている請求項１又は２に記載の電力伝送ユニット。
相手側電力伝送コイルと非接触により電力を伝送する電力伝送コイルと、
板状に形成され、前記電力伝送コイルに対向して設けられ、前記電力伝送コイルに電気的に接続され、前記電力伝送コイルとの間で電流が流れる基板と、
板状又は膜状に形成され、前記基板の前記電力伝送コイルとは反対側に設けられ、磁界を遮蔽する第１シールド部材と、
軸線周りに環状に形成され、内側に設けられる前記電力伝送コイルにより発生する磁界を遮蔽するシールド壁部を有する第２シールド部材と、を備え、
前記シールド壁部は、前記軸線に交差する交差方向に対向する壁面の間隔が、前記相手側電力伝送コイルに向けて広くなるように形成されていることを特徴とする電力伝送ユニット。