JP6678324B2 - コイル装置、非接触給電装置、及び非接触受電装置 - Google Patents

Description

本発明は、一般にコイル装置、非接触給電装置、及び非接触受電装置に関し、より詳細には、非接触で電力を伝送するために用いられるコイル装置、非接触給電装置、及び非接触受電装置に関する。

従来、電磁力を利用した非接触充電に用いられる非接触充電装置が知られており、たとえば特許文献１に開示されている。特許文献１に記載の非接触充電装置は、給電コイルを有する給電部を備える。給電部は、地表から露出するように地面上に設置される。給電部は、給電コイルに所定の周波数の電流を供給することにより、電磁力を利用して受電部に給電する。

特開２０１４−１９３０３１号公報

ところで、上記従来例のような非接触充電装置（コイル装置）では、給電コイル（コイル）の発生する磁束の漏れを低減するために、磁性材料により形成されるコアが用いられることがある。

しかしながら、上記のようなコイル装置は、車両に踏まれる等して比較的大きな荷重が加わる可能性がある。このため、上記のようなコイル装置では、比較的大きな荷重がコアに加わり、コアが破損する可能性がある。

本発明は、上記の点に鑑みてなされており、比較的大きな荷重が加わってもコアの破損し難いコイル装置、非接触給電装置、及び非接触受電装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るコイル装置は、コイルと、複数のコアと、複数のプレートとを備える。前記コイルは、導線を巻いて構成される。前記複数のコアは、前記コイルと磁気的に結合する。前記複数のプレートは、前記コイルに対して所定方向に積み重なるように配置される。前記複数のプレートにおいて、前記所定方向に隣接する一対のプレートのうちの一方のプレートは、前記所定方向に突出する複数のコア用リブを備える。前記複数のコア用リブは、前記一対のプレートの間の空間を複数の収納空間に区切るように構成される。前記複数のコアは、前記複数の収納空間にそれぞれ収納されている。前記複数のプレートは、前記コイルが配置されるコイル用プレートを含んでいる。前記コイル用プレートは、隣り合う前記導線の間に設けられて前記所定方向に突出する複数のコイル用リブを有している。前記複数のコア用リブの少なくとも一部と、前記複数のコイル用リブの少なくとも一部とが、前記所定方向において重なる。
本発明の一態様に係るコイル装置は、コイルと、複数のコアと、複数のプレートとを備える。前記コイルは、導線を巻いて構成される。前記複数のコアは、前記コイルと磁気的に結合する。前記複数のプレートは、前記コイルに対して所定方向に積み重なるように配置される。前記複数のプレートにおいて、前記所定方向に隣接する一対のプレートのうちの一方のプレートは、前記所定方向に突出する複数のコア用リブを備える。前記複数のコア用リブは、前記一対のプレートの間の空間を複数の収納空間に区切るように構成される。前記複数のコアは、前記複数の収納空間にそれぞれ収納されている。前記コイル装置は、前記複数の収納空間が形成される層を複数備える。前記コイル装置は、前記複数のコアを１つのコア群として複数のコア群を備える。前記複数の層は、前記所定方向に並んで設けられている。前記複数のコア群は、前記複数の層の各々に配置される。

本発明の一態様に係る非接触給電装置は、上記のコイル装置を備える。前記コイルは、電源装置から交流電圧が印加されることで非接触で給電するように構成されている。

本発明の一態様に係る非接触受電装置は、上記のコイル装置を備える。前記コイルは、非接触給電装置から非接触で受電するように構成されている。

本発明は、比較的大きな荷重が加わってもコアが破損し難い。

図１Ａは、本発明の一実施形態に係るコイル装置の平面図である。図１Ｂは、同上のコイル装置の要部断面図である。 図２は、同上のコイル装置の断面図である。 図３Ａは、同上のコイル装置を用いた非接触給電システムの概略図である。図３Ｂは、同上のコイル装置を用いた非接触給電システムのブロック図である。 図４は、同上のコイル装置であって、複数のコイル用リブを間隔を空けて設けた構成の要部平面図である。 図５Ａは、同上のコイル装置の要部断面図である。図５Ｂは、同上のコイル装置であって、コイル用プレートに凹部を設けた構成の要部断面図である。 図６は、同上のコイル装置であって、コア用プレートをコイル用プレートの上側に配置した構成を示す断面図である。 図７は、本発明の一実施形態の変形例１に係るコイル装置の平面図である。 図８Ａは、本発明の一実施形態の変形例２に係るコイル装置の平面図である。図８Ｂは、同上のコイル装置の他の構成の平面図である。

以下、本発明の実施形態に係るコイル装置について説明する。ただし、以下に説明する構成は、本発明の一例に過ぎず、本発明は、下記の構成に限定されることはなく、下記の構成以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。

本実施形態のコイル装置１は、図１Ａ、図１Ｂ、及び図２に示すように、コイル２と、複数のコア３０と、複数のプレート４とを備える。コイル２は、導線２１を巻いて構成される。複数のコア３０は、コイル２と磁気的に結合する。複数のプレート４は、コイル２に対して所定方向（図１Ｂにおける上下方向）に積み重なるように配置される。

複数のプレート４において、所定方向に隣接する一対のプレート４のうちの一方のプレート４は、所定方向に突出する複数のコア用リブ５１を備える。複数のコア用リブ５１は、一対のプレート４の間の空間を複数の収納空間Ｓ１に区切るように構成される。複数のコア３０は、複数の収納空間Ｓ１にそれぞれ収納されている。

本実施形態のコイル装置１は、たとえば非接触給電システムの非接触給電装置として用いられる。非接触給電システムとは、車両に搭載された受電コイルへ給電コイルから非接触で電力を供給することにより、車両に搭載された蓄電池を充電するシステムである。

＜非接触給電システム＞
まず、本実施形態のコイル装置１が非接触給電装置３００として用いられる非接触給電システム１００の概要について図３Ａ、図３Ｂを用いて説明する。非接触給電システム１００は、本体ユニット２００と、給電コイル３０１を有する非接触給電装置３００と、受電コイル４０１を有する非接触受電装置４００とを備えている。非接触受電装置４００は、本体ユニット２００から非接触で出力電力が供給されるように構成されている。出力電力は、本体ユニット２００から給電コイル３０１に交流電圧が印加されることにより、給電コイル３０１から受電コイル４０１に非接触で供給される電力である。

本実施形態では、非接触受電装置４００が車両５００に搭載されている場合を例に説明する。また、車両５００に搭載されている充電装置５０１及び蓄電池（バッテリ）５０２が負荷である場合を例にして説明する。ここで、車両５００は、たとえば蓄電池５０２に蓄積された電気エネルギーを用いて走行する電動車両である。なお、ここでは、電動機で生じる駆動力によって走行する電気自動車を電動車両の例として説明するが、電動車両は電気自動車に限らず、たとえばハイブリッド電気自動車や二輪車（電動バイク）、電動自転車などであってもよい。

本体ユニット２００は、商用電源（系統電源）や、太陽光発電設備などの発電設備といった電源から供給される電力を受けて、出力電力を非接触受電装置４００に非接触で供給する。本実施形態では、商用電源ＡＣ１から本体ユニット２００に交流電力が供給される場合を例に説明する。なお、本体ユニット２００には、直流電源から直流電力が供給されてもよい。

本体ユニット２００は、たとえば商業施設や公共施設、あるいは集合住宅などの駐車場に設置される充電スタンドである。非接触給電装置３００は、駐車場の床あるいは地面などの設置面６００に設置される。また、本体ユニット２００は、地中に配線されたケーブル７００により、非接触給電装置３００に電気的に接続されている。

本体ユニット２００は、非接触給電装置３００上に駐車された車両５００の非接触受電装置４００に対して非接触で出力電力を供給する。このとき、非接触受電装置４００の受電コイル４０１は、給電コイル３０１の上方に位置することで、給電コイル３０１と電磁結合（電界結合と磁界結合との少なくとも一方）されている。本体ユニット２００は、たとえば筐体に、電力変換部２０１と、制御部２０２と、通信部２０３とを収納して構成されている。

電力変換部２０１は、たとえばＡＣ／ＤＣコンバータ回路と、インバータ回路とを備えて構成されている。電力変換部２０１は、商用電源ＡＣ１から供給される交流電力を受けて、制御部２０２の制御に応じて、給電コイル３０１に交流電圧を印加する。つまり、電力変換部２０１は、コイル（給電コイル３０１）に交流電圧を印加する電源装置である。本実施形態では、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路は、ＰＦＣ（Power Factor Correction）回路としても機能する。

制御部２０２は、給電コイル３０１に交流電圧が印加される（交流電流が流れる）ように電力変換部２０１を制御することで、給電コイル３０１から受電コイル４０１に非接触で給電させる。

通信部２０３は、たとえば無線ＬＡＮやＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの通信規格を用いて、非接触受電装置４００の通信部４０５との間で無線通信を行うように構成されている。通信部２０３と通信部４０５との間の通信は、上記以外の通信規格を用いた無線通信であってもよい。

非接触給電装置３００は、給電コイル３０１と、一対のコンデンサ３０２，３０３とを備えている。給電コイル３０１は、一対のコンデンサ３０２，３０３と共に共振回路を構成している。

非接触受電装置４００は、給電コイル３０１に電磁結合される受電コイル４０１と、一対のコンデンサ４０２，４０３と、整流平滑回路４０４と、通信部４０５とを備えている。非接触受電装置４００の出力端には、充電装置５０１及び蓄電池５０２が電気的に接続されている。受電コイル４０１は、一対のコンデンサ４０２，４０３と共に共振回路を構成している。整流平滑回路４０４は、受電コイル４０１の両端間に発生する交流電圧を整流・平滑する。そして、整流平滑回路４０４は、整流・平滑により得られる直流電圧を充電装置５０１及び蓄電池５０２に出力する。

本実施形態の非接触給電システム１００は、給電コイル３０１を含む共振回路と、受電コイル４０１を含む共振回路とを共鳴させることにより電力の伝送を行う磁界共鳴方式（磁気共鳴方式）を採用している。このため、本実施形態の非接触給電システム１００は、給電コイル３０１と受電コイル４０１が比較的離れた状態でも、本体ユニット２００の出力電力を非接触受電装置４００に対して高効率で伝送可能である。本体ユニット２００から非接触受電装置４００への出力電力の伝送方式は、磁界共鳴方式に限らず、たとえば電磁誘導方式、マイクロ波伝送方式などであってもよい。

＜コイル装置＞
以下、本実施形態のコイル装置１について図１Ａ、図１Ｂ、及び図２を用いて詳細に説明する。以下では、図１Ａにおいて、後述する第１領域Ａ１と第２領域Ａ２とが並ぶ方向を上下方向とし、第２領域Ａ２から見て第１領域Ａ１側を上方、その逆を下方として説明する。また、以下では、図１Ａにおいて、後述する第３領域Ａ３と第４領域Ａ４とが並ぶ方向を左右方向とし、第４領域Ａ４から見て第３領域Ａ３側を左方、その逆を右方として説明する。さらに、以下では、図２において、後述する第１プレート４１と第２プレート４２とが並ぶ方向を前後方向とし、第２プレート４２から見て第１プレート４１側を前方、その逆を後方として説明する。

なお、図１Ｂは、第１領域Ａ１を上下方向と直交する平面で切断した断面の一部を表している。また、図２は、コイル装置１を上下方向と直交する平面で切断した断面を表している。図１Ａでは、複数のプレート４、後述する筐体６、及び後述する金属板７の図示を省略すると共に、コイル２を想像線で図示している。また、図１Ｂでは、筐体６の図示を省略している。

なお、図１Ａ、図１Ｂ、及び図２には、方向（上、下、左、右、前、後）を表す矢印を示すが、これらの矢印は、単に説明を補助する目的で記載しているに過ぎず、実体を伴わない。また、上記の方向の規定は、本実施形態のコイル装置１の使用形態を限定する趣旨ではない。

また、以下では、後述する第１プレート４１、第２プレート４２、及び第３プレート４３を特に区別しない場合、これらのプレート４１，４２，４３の各々を「プレート４」という。また、以下では、後述する第１層Ｌ１１及び第２層Ｌ１２を特に区別しない場合、これらの層Ｌ１１，Ｌ１２の各々を「層Ｌ１」という。

本実施形態のコイル装置１は、図１Ａ、図１Ｂ、及び図２に示すように、１つのコイル２と、複数のコア３０と、複数のプレート４と、筐体６と、金属板７とを備えている。本実施形態では、複数のプレート４は、第１プレート４１と、第２プレート４２と、第３プレート４３とで構成されている。

コイル２は、図１Ａに示すように、導線２１を平面視で渦巻き状に巻いて構成されている。つまり、コイル２は、いわゆるサーキュラー型（スパイラル型）のコイルである。本実施形態では、コイル２の外周形状は、平面視で矩形状である。また、本実施形態では、コイル２は、平面視で中央部に矩形状の空隙が設けられるように構成されている。なお、導線２１は、絶縁被膜で覆われていてもよい。

コイル２は、電圧が印加される（電流が流れる）ことにより磁束を発生する。また、コイル２は、対向する他のコイルの発生する磁束を受けて電流を発生する。なお、図２では、コイル２は、導線２１を複数回（ここでは、６回）巻いて構成されているが、コイル２の巻き数を限定する趣旨ではない。たとえば、コイル２は、導線２１を更に多数巻いて構成されていてもよいし、更に少ない回数巻いて構成されていてもよい。また、本実施形態では、コイル２は、断面が円形状の導線２１を巻いて構成されているが、導線２１の断面形状を限定する趣旨ではない。たとえば、コイル２は、断面が矩形状の導線２１を巻いて構成されていてもよい。さらに、本実施形態では、コイル２は１つのコイルで構成されているが、複数のコイルで構成されていてもよい。

コイル２及び複数のプレート４は、それぞれ図１Ａに示すように、第１領域Ａ１、第２領域Ａ２、第３領域Ａ３、第４領域Ａ４、４つの第５領域Ａ５、及び第６領域Ａ６に区分けされる。第１領域Ａ１は、コイル２及び複数のプレート４の各々における上側に位置し、平面視で左右方向に長い矩形状の領域である。第２領域Ａ２は、コイル２及び複数のプレート４の各々における下側に位置し、平面視で左右方向に長い矩形状の領域である。第３領域Ａ３は、コイル２及び複数のプレート４の各々における左側に位置し、平面視で上下方向に長い矩形状の領域である。

第４領域Ａ４は、コイル２及び複数のプレート４の各々における右側に位置し、平面視で上下方向に長い矩形状の領域である。４つの第５領域Ａ５は、それぞれコイル２及び複数のプレート４の各々における四隅に位置する領域である。コイル２は、４つの第５領域Ａ５の各々において平面視で扇形状に構成されている。以下では、コイル２における第５領域Ａ５に相当する部位を「湾曲部２２」という。つまり、コイル２は、湾曲部２２を有している。第６領域Ａ６は、第１領域Ａ１〜第５領域Ａ５で囲まれる平面視で左右方向に長い矩形状の領域である。

複数のコア３０は、たとえばフェライトなどの磁性材料により、平面視で矩形状となるように形成されている（図１Ａ参照）。複数のコア３０は、コイル２の発生する磁束が通るように配置されている。言い換えれば、複数のコア３０は、コイル２と磁気的に結合する。本実施形態では、複数のコア３０は、導線２１の軸方向に並ぶように配置されている。したがって、コイル２の発生する磁束は、コア３０の長辺に沿った向きで複数のコア３０の各々を通る。このため、本実施形態のコイル装置１では、コイル２が発生する磁束の漏れを防ぎ易く、磁気効率を高め易い。

複数のコア３０は、図１Ｂ及び図２に示すように、複数のプレート４のうちの第２プレート４２及び第３プレート４３の各々の前面に載せられている。そして、図１Ａに示すように、複数のコア３０は、たとえば第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２においては、導線２１の軸方向（左右方向）に並ぶように配置されている。また、複数のコア３０は、たとえば第３領域Ａ３及び第４領域Ａ４においては、導線２１の軸方向（上下方向）に並ぶように配置されている。また、たとえば第５領域Ａ５（コイル２の四隅）においては、後述する第１層Ｌ１１のコア３０と、後述する第２層Ｌ１２のコア３０とは、長辺が互いに直交するように配置されている。

つまり、本実施形態では、複数のコア３０は、所定方向（前後方向）においてコイル２と重なる部位の少なくとも一部では、導線２１の軸方向に並ぶように配置されている。また、本実施形態では、複数のコア３０は、所定方向（前後方向）においてコイル２と重なる部位では、所定方向（前後方向）及び導線２１の軸方向に直交する方向には並ばないように配置されている。

複数のプレート４は、たとえば非磁性の樹脂材料により、平面視で矩形状の平板に形成されている。樹脂材料は、プレート４の必要とする難燃性・絶縁性・成形性を確保できる材料であるのが好ましい。

複数のプレート４のうちの第１プレート４１の前面には、図２に示すように、コイル２が載せられている。言い換えれば、複数のプレート４は、コイル２が配置される第１プレート（コイル用プレート）４１を含んでいる。具体的には、第１プレート４１の前面には、前向きに突出する複数のコイル用リブ５２が一体に形成されている。そして、これら複数のコイル用リブ５２に挟まれることで、導線２１が平面視で渦巻き状に巻かれた状態で位置決めされている。つまり、第１プレート（コイル用プレート）４１は、隣り合う導線２１の間に設けられて所定方向（前後方向）に突出する複数のコイル用リブ５２を有している。

たとえば図４に示すように、第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２においては、上下方向に複数のコイル用リブ５２が並ぶように設けられている。そして、上下方向において隣り合う一対のコイル用リブ５２により、導線２１が挟まれている。また、左右方向にも複数のコイル用リブ５２が並ぶように設けられている。そして、左右方向に並ぶ複数のコイル用リブ５２により、導線２１が左右方向に沿うように位置決めされている。

本実施形態では、複数のコイル用リブ５２の所定方向（前後方向）の寸法は、図２に示すように導線２１の厚さよりも大きい。つまり、導線２１は、複数のコイル用リブ５２よりも前方に突出しない。このため、たとえば車両５００にコイル装置１が踏まれる等してコイル装置１に比較的大きな荷重が加わったとしても、複数のコイル用リブ５２が荷重を受けるため、導線２１に荷重が加わり難く、導線２１が破断し難い。もちろん、複数のコイル用リブ５２の所定方向（前後方向）の寸法を導線２１の厚さより大きくするか否かは任意である。

また、本実施形態では、複数のプレート４（第１プレート４１、第２プレート４２、及び第３プレート４３）は、図１Ｂ及び図２に示すように、前後方向に積み重なるように配置されている。そして、第１プレート（コイル用プレート）４１が、複数のプレート４のうち最も前方に位置している。つまり、複数のプレート４は、コイル２に対して所定方向（前後方向）に積み重なるように配置されている。

図１Ｂ及び図２に示すように、複数のプレート４のうちの第２プレート４２の前面には、前向きに突出する複数のコア用リブ５１が一体に形成されている。同様に、複数のプレート４のうちの第３プレート４３の前面には、前向きに突出する複数のコア用リブ５１が一体に形成されている。つまり、複数のプレート４において、所定方向（前後方向）に隣接する一対のプレート４（第１プレート４１及び第２プレート４２）のうちの一方のプレート４（第２プレート４２）は、所定方向に突出する複数のコア用リブ５１を備えている。同様に、複数のプレート４において、所定方向（前後方向）に隣接する一対のプレート４（第２プレート４２及び第３プレート４３）のうちの一方のプレート４（第３プレート４３）は、所定方向に突出する複数のコア用リブ５１を備えている。

第２プレート４２及び第３プレート４３のいずれにおいても、複数のコア用リブ５１は、図１Ｂに示すように導線２１の軸方向に間隔を空けて並ぶように設けられている。たとえば第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２においては、複数のコア用リブ５１は、左右方向に間隔を空けて並ぶように設けられている。また、第３領域Ａ３及び第４領域Ａ４においては、複数のコア用リブ５１は、上下方向に間隔を空けて並ぶように設けられている。

複数のコア用リブ５１は、図１Ｂに示すように、一対のプレート４の間の空間を複数の収納空間Ｓ１に区切るように構成されている。たとえば、第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２において、第１プレート４１と第２プレート４２との間の空間は、左右方向に間隔を空けて並ぶ複数のコア用リブ５１により、複数の収納空間Ｓ１に区切られている。同様に、第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２において、第２プレート４２と第３プレート４３との間の空間は、左右方向に間隔を空けて並ぶ複数のコア用リブ５１により、複数の収納空間Ｓ１に区切られている。

そして、第２プレート４２の前面に載せられる複数のコア３０は、図１Ｂに示すように、第１プレート４１と第２プレート４２との間にある複数の収納空間Ｓ１にそれぞれ位置する。同様に、第３プレート４３の前面に載せられる複数のコア３０は、第２プレート４２と第３プレート４３との間にある複数の収納空間Ｓ１にそれぞれ位置する。つまり、複数のコア３０は、複数の収納空間Ｓ１にそれぞれ収納されている。

ここで、所定方向（前後方向）に直交する平面に沿って並ぶ複数の収納空間Ｓ１により、層Ｌ１が形成されている。以下では、第１プレート４１と第２プレート４２との間に形成される層Ｌ１を「第１層Ｌ１１」、第２プレート４２と第３プレート４３との間に形成される層Ｌ１を「第２層Ｌ１２」という。また、以下では、１つの層Ｌ１に配置される複数のコア３０を「コア群３」という。つまり、本実施形態のコイル装置１は、複数の収納空間Ｓ１が形成される層Ｌ１を複数備えている。また、コイル装置１は、複数のコア３０を１つのコア群３として、複数のコア群３を備えている。

また、第１層Ｌ１１と第２層Ｌ１２とは、前後方向に並んで設けられている。そして、第１層Ｌ１１と第２層Ｌ１２とには、それぞれコア群３が配置されている。つまり、複数の層Ｌ１（第１層Ｌ１１及び第２層Ｌ１２）は、所定方向（前後方向）に並んで設けられている。また、複数の層Ｌ１は、所定方向（前後方向）において隣り合う第１層Ｌ１１及び第２層Ｌ１２を有している。そして、複数のコア群３は、複数の層Ｌ１の各々に配置されている。

本実施形態では、複数のコア用リブ５１の所定方向（前後方向）の寸法は、複数のコア３０の厚さよりも大きい。たとえば図５Ａに示すように、コア３０の厚さを「Ｈ１」、コア用リブ５１の所定方向（前後方向）の高さを「Ｈ２」とすると、コア用リブ５１及びコア３０は、「Ｈ２≧Ｈ１」の関係を満たしている。つまり、コイル装置１に荷重が加わっていない状態において、複数のコア３０は、第１プレート（コイル用プレート）４１と接触しないように配置されている。

また、本実施形態では、図１Ｂに示すように、第２プレート４２に設けられている複数のコア用リブ５１と、第３プレート４３に設けられている複数のコア用リブ５１とは、所定方向（前後方向）において互いに重ならないように配置されている。言い換えれば、複数の層Ｌ１の各々の複数のコア用リブ５１は、所定方向（前後方向）において互いに重ならないように配置されている。このため、第１層Ｌ１１の複数のコア３０と、第２層Ｌ１２の複数のコア３０とは、所定方向（前後方向）において互いに重なり合うように配置されている。

筐体６は、図２に示すように、カバー６１と、ベース６２とで構成されている。カバー６１は、たとえばＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）などの樹脂材料により、後面を開口した直方体状に形成されている。ベース６２は、たとえばＦＲＰなどの樹脂材料により、平面視で矩形状の平板に形成されている。筐体６は、ベース６２の前面に、カバー６１の後端を結合することにより構成される。筐体６の内部には、コイル２、複数のプレート４、及び金属板７が収納される。

金属板７は、たとえばアルミニウムなどの金属材料により形成された平面視で矩形状の平板である。金属板７は、図１Ｂ及び図２に示すように、所定方向（前後方向）において、第３プレート４３の下側に配置されている。金属板７は、コイル２の発生する漏れ磁束を遮蔽する防磁機能を有している。また、金属板７は、コイル２に電流が流れることで発生する熱を、コイル装置１が設置される設置面へ逃がす放熱機能を有している。なお、コイル装置１が金属板７を備えるか否かは任意である。

ところで、本実施形態のコイル装置１では、層Ｌ１ごとに複数のコア３０を備えているが、複数のコア３０の代わりに、複数のコア３０の総面積と同等の面積を有する１枚のコアを層Ｌ１ごとに備えることも考えられる。以下、層Ｌ１ごとに１枚のコアを備えたコイル装置（以下では、「比較例のコイル装置」という）の問題について説明する。

比較例のコイル装置では、そもそも１枚のコアを形成することが困難であるという問題がある。というのも、複数のコア３０の総面積と同等の面積を有するコアは比較的大型であり、このようなコアを形成するためには専用の金型や装置を用意する必要があるからである。したがって、比較例のコイル装置では、１枚のコアを形成するために製造コストが増大するという問題がある。また、比較例のコイル装置は、たとえば車両５００に踏まれる等して比較的大きな荷重（たとえば、数百ｋｇ）が加わると、コアが破損し易いという問題もある。

これに対して、本実施形態のコイル装置１では、一対のプレート４の間の空間が、複数のコア用リブ５１により複数の収納空間Ｓ１に区切られている。そして、複数のコア３０が、複数の収納空間Ｓ１にそれぞれ収納されている。このため、本実施形態のコイル装置１では、たとえば車両５００に踏まれる等して比較的大きな荷重が加わったとしても、荷重が複数のコア３０に分散されるため、比較例のコイル装置と比較してコア３０が破損し難い。また、本実施形態のコイル装置１では、複数のコア３０の各々が比較例のコイル装置のコアと比較して小型である。このため、本実施形態のコイル装置１では、１つ１つのコア３０を成形し易く、たとえば汎用の金型を用いて成形することも可能であることから、製作が容易であり、製造コストも少なくて済む。

さらに、本実施形態のコイル装置１では、隣り合うコア３０の間にコア用リブ５１が設けられている。このため、本実施形態のコイル装置１では、比較的大きな荷重が加わったとしても、複数のコア用リブ５１に荷重が分散されるため、複数のコア３０に直接荷重が加わり難い。したがって、本実施形態のコイル装置１では、複数のコア用リブ５１を設けない場合と比較して、荷重に対する強度を向上することができる。

また、本実施形態のコイル装置１では、所定方向において、複数のコア用リブ５１の寸法は、複数のコア３０の厚さよりも大きい。つまり、本実施形態のコイル装置１では、図５Ａに示すように、収納空間Ｓ１においてコア３０と第１プレート４１との間に空隙が設けられている。このため、本実施形態のコイル装置１では、たとえば車両５００にコイル装置１が踏まれる等してコイル装置１に比較的大きな荷重が加わっても、複数のコア３０が荷重を受ける前に、複数のコア用リブ５１が荷重を受けるため、複数のコア３０に荷重が加わり難い。つまり、コイル装置１に比較的大きな荷重が加わった場合、まず複数のコア用リブ５１が荷重を受けることで第１プレート４１が後ろ向きに撓むが、収納空間Ｓ１に空隙があるために、第１プレート４１がコア３０に接触し難い。なお、複数のコア用リブ５１の所定方向（前後方向）の寸法をコア３０の厚さよりも大きくするか否かは任意である。

たとえば、図５Ｂに示すように、複数のコア用リブ５１の所定方向（前後方向）の寸法がコア３０の厚さよりも小さい（つまり、「Ｈ２＜Ｈ１」）場合でも、収納空間Ｓ１においてコア３０と第１プレート４１との間に空隙を設けることが可能である。つまり、図５Ｂに示す構成では、第１プレート４１の後面に、前向きに窪んだ凹部５３を設けることで、収納空間Ｓ１に空隙を設けている。ここでは、凹部５３の所定方向（前後方向）の深さを「Ｈ３」とすると、コア用リブ５１、コア３０、及び凹部５３は、「Ｈ２＋Ｈ３≧Ｈ１」の関係を満たしている。

このように、第１プレート４１（つまり、一対のプレート４のうちのコア用リブ５１を備えていないプレート４）に凹部５３を設けることでも、収納空間Ｓ１に空隙を設けることが可能である。そして、この構成では、複数のコア用リブ５１の高さ寸法を小さくすることができるので、コイル装置１の高さ寸法を小さくすることが可能である。なお、複数のコア用リブ５１のみで収納空間Ｓ１に空隙を設ける構成であれば、第１プレート４１に凹部５３を設ける必要がない。この構成では、第１プレート４１の後面を平面で形成すればよいので、第１プレート４１の設計が容易である。

また、本実施形態のコイル装置１では、複数のプレート４は、コイル２が配置される第１プレート（コイル用プレート）４１を含んでいる。そして、第１プレート（コイル用プレート）４１は、隣り合う導線２１の間に設けられて所定方向（前後方向）に突出する複数のコイル用リブ５２を有している。このため、本実施形態のコイル装置１では、比較的大きな荷重が加わったとしても、複数のコイル用リブ５２に荷重が分散されるため、コイル装置１の荷重に対する強度を向上することができる。なお、第１プレート（コイル用プレート）４１に複数のコイル用リブ５２を設けるか否かは任意である。

また、本実施形態のコイル装置１では、たとえば図４に示すように、複数のコア用リブ５１の少なくとも一部と、複数のコイル用リブ５２の少なくとも一部とが、所定方向（前後方向）において重なるように構成されていてもよい。この構成では、所定方向（前後方向）において重なるコア用リブ５１及びコイル用リブ５２が１本の柱のように機能することで、コイル装置１の荷重に対する強度をさらに向上することができる。なお、所定方向において重なるコア用リブ５１及びコイル用リブ５２は、一体に形成されていてもよい。

また、本実施形態のコイル装置１では、複数のコア３０は、所定方向においてコイル２と重なる部位の少なくとも一部では、導線２１の軸方向に並ぶように配置されている。このため、本実施形態のコイル装置１では、コイル２の発生する磁束が複数のコア３０を通り易く、磁気損失を低減することができる。なお、当該構成を採用するか否かは任意である。

特に、本実施形態のコイル装置１では、複数のコア３０は、所定方向においてコイル２と重なる部位では、所定方向及び軸方向に直交する方向には並ばないように配置されている。つまり、所定方向においてコイル２と重なる部位では、複数のコア３０は、コイル２の発生する磁束の通路（磁路）に沿って並ぶようには配置されていない。このため、本実施形態のコイル装置１では、磁路に沿って複数のコアを並べて配置する場合と比較して、磁気損失を低減することができる。なお、当該構成を採用するか否かは任意である。

また、本実施形態のコイル装置１は、複数の収納空間Ｓ１が形成される層Ｌ１を複数備えている。また、コイル装置１は、複数のコア３０を１つのコア群３として複数のコア群３を備えている。複数の層Ｌ１は、所定方向に並んで設けられている。そして、複数のコア群３は、複数の層Ｌ１の各々に配置されている。つまり、本実施形態のコイル装置１は、コア群３を備える層Ｌ１を１つのみ有するのではなく、コア群３を備える層Ｌ１を複数有している。このため、本実施形態のコイル装置１では、コア群３を備える層Ｌ１を１つのみ有する場合と比較して、コイル２の発生する磁束が複数のコア３０を通り易いので、磁気損失を低減することができる。なお、当該構成を採用するか否かは任意である。

特に、本実施形態のコイル装置１では、複数の層Ｌ１の各々の複数のコア用リブ５１は、所定方向において互いに重ならないように配置されている。つまり、本実施形態のコイル装置１では、複数の層Ｌ１の各々の複数のコア３０は、所定方向（前後方向）において互いに重なり合うように配置されている。このため、本実施形態のコイル装置１では、平面視で隣り合うコア３０の間の空隙を小さくすることができ、漏洩磁束を低減することができる。なお、当該構成を採用するか否かは任意である。

また、本実施形態のコイル装置１では、コイル２の外周形状は、平面視で矩形状である。また、複数のコア３０は、平面視で矩形状である。複数の層Ｌ１は、所定方向において隣り合う第１層Ｌ１１及び第２層Ｌ１２を有している。そして、第１層Ｌ１１の複数のコア３０と、第２層Ｌ１２の複数のコア３０とは、コイル２の四隅において、長辺が互いに直交するように配置されている。つまり、本実施形態のコイル装置１では、コイル２の四隅と、コイル２の四隅以外の部位とのいずれにおいても、同じ形状（ここでは、平面視で矩形状）の複数のコア３０を配置することができる。このため、本実施形態のコイル装置１では、複数のコア３０の形状の種類を少なくすることができ、複数のコア３０を形成するために必要な金型の種類も少なくすることができるので、製造コストを低減することが可能である。なお、当該構成を採用するか否かは任意である。

ところで、本実施形態のコイル装置１は、第１プレート（コイル用プレート）４１の後方に他のプレート４（第２プレート４２及び第３プレート４３）を配置するように構成されているが、他の構成であってもよい。たとえばコイル装置１は、第１プレート（コイル用プレート）４１の前方に他のプレート４（第２プレート４２及び第３プレート４３）を配置するように構成されていてもよい。

また、コイル装置１は、たとえば図６に示すように、第１プレート（コイル用プレート）４１の前後両側に他のプレート４（第２プレート４２及び第３プレート４３）を配置するように構成されていてもよい。この場合、カバー６１と第３プレート４３とが、第２層Ｌ１２を形成する一対のプレート４に相当する。

また、本実施形態では、コイル２及び複数のプレート４の外周形状は、いずれも平面視で矩形状であるが、他の形状であってもよい。たとえば、コイル２及び複数のプレート４の外周形状は、それぞれ平面視で正方形状であってもよいし、後述する変形例２のコイル装置１Ｂのように、平面視で円形状であってもよい。

また、本実施形態では、コア３０の長辺は、コイル２の幅よりも長い方が好ましい。ここで、コイル２の幅とは、コイル２における所定方向（前後方向）及び軸方向に直交する方向の長さである。たとえば第１領域Ａ１においては、コイル２の幅は、コイル２の上下方向の長さである。この構成では、コイル２の発生する磁束がコア３０を通り易くなるため、磁束の漏れを低減することができる。

（変形例１）
以下、実施形態の変形例１のコイル装置１Ａについて図７を用いて説明する。ただし、以下では、実施形態のコイル装置１と共通する構成については説明を省略する。また、図７では、複数のプレート４、筐体６、及び金属板７の図示を省略すると共に、コイル２を想像線で図示している。

本変形例のコイル装置１Ａでは、図７に示すように、コイル２の四隅の湾曲部２２の各々に、複数のコア３０Ａが配置されている。コア３０Ａは、たとえばフェライトなどの磁性材料により、平面視で三角形状に形成されている。そして、複数のコア３０Ａは、コイル２の四隅の湾曲部２２の各々において、湾曲部２２の周方向に並ぶように配置されている。

また、本変形例では、第２プレート４２の複数のコア用リブ５１と、第３プレート４３の複数のコア用リブ５１とは、所定方向（前後方向）において互いに重ならないように配置されている。このため、第１層Ｌ１１の複数のコア３０Ａと、第２層Ｌ１２の複数のコア３０Ａとは、所定方向（前後方向）において互いに重なり合うように配置されている。

上述のように、本変形例のコイル装置１Ａでは、コイル２は、湾曲部２２を有している。また、複数の層Ｌ１は、所定方向において隣り合う第１層Ｌ１１及び第２層Ｌ１２を有している。複数のコア３０のうち湾曲部２２に配置されるコア３０Ａは、平面視で三角形状である。そして、第１層Ｌ１１の複数のコア３０Ａと、第２層Ｌ１２の複数のコア３０Ａとは、湾曲部２２において、湾曲部２２の周方向に並ぶように配置されている。このため、本変形例のコイル装置１Ａでは、コイル２の湾曲部２２においても、平面視で隣り合うコア３０Ａの間の空隙を小さくすることができ、漏洩磁束を低減することができる。なお、当該構成を採用するか否かは任意である。

（変形例２）
以下、実施形態の変形例２のコイル装置１Ｂについて図８Ａ、図８Ｂを用いて説明する。ただし、以下では、実施形態１のコイル装置１と共通する構成については説明を省略する。また、図８Ａ、図８Ｂでは、複数のプレート４、筐体６、及び金属板７の図示を省略すると共に、コイル２Ａを想像線で図示している。

本変形例のコイル装置１Ｂは、図８Ａに示すように、コイル２の代わりにコイル２Ａを備えている。また、本変形例のコイル装置１Ｂは、複数のコア３０の代わりに複数のコア３０Ｂを備えている。

コイル２Ａは、コイル２と同様にサーキュラー型のコイルであって、平面視で円環状に形成されている。つまり、コイル２Ａは、実施形態のコイル２とは異なり、湾曲部２２のみで構成されているといえる。また、図示を省略しているが、本変形例では、複数のプレート４は、それぞれ平面視で円形状に形成されている。また、コア３０Ｂは、たとえばフェライトなどの磁性材料により、平面視で矩形状に形成されている。そして、複数のコア３０Ｂは、導線２１の軸方向（つまり、コイル２Ａの周方向）に並ぶように配置されている。

また、本変形例では、第２プレート４２の複数のコア用リブ５１と、第３プレート４３の複数のコア用リブ５１とは、所定方向（前後方向）において互いに重ならないように配置されている。このため、第１層Ｌ１１の複数のコア３０Ｂと、第２層Ｌ１２の複数のコア３０Ｂとは、所定方向（前後方向）において互いに重なり合うように配置されている。

本変形例のコイル装置１Ｂでは、コイル２のいずれの部位においても、同じ形状（ここでは、平面視で矩形状）の複数のコア３０Ｂを配置することができる。このため、本変形例のコイル装置１Ｂでは、複数のコア３０Ｂの形状の種類を少なくすることができ、複数のコア３０Ｂを形成するために必要な金型の種類も少なくすることができるので、製造コストを低減することが可能である。

また、本変形例のコイル装置１Ｂは、たとえば図８Ｂに示すように、複数のコア３０Ｂの代わりに、複数のコア３０Ｃを備えていてもよい。コア３０Ｃは、たとえばフェライトなどの磁性材料により、平面視で台形状に形成されている。また、コア３０Ｃは、平面視において、コイル２の外周側の一辺がコイル２の中心側の一辺よりも長くなっている。そして、複数のコア３０Ｃは、導線２１の軸方向（つまり、コイル２Ａの周方向）に並ぶように配置されている。この構成では、図８Ａに示す構成と比較して、平面視で隣り合うコア３０Ｃの間の空隙を少なくすることができるので、漏洩磁束をより低減することができる。

ところで、上述のコイル装置１，１Ａ，１Ｂは、いずれも３枚のプレート４を備えているが、複数のプレート４を備えていればよい。つまり、コイル装置１，１Ａ，１Ｂは、２枚のプレート４を備えていてもよいし、４枚以上のプレート４を備えていてもよい。たとえば、コイル装置１がｎ（ｎは４以上の自然数）枚のプレート４を備えている場合、コイル装置１は、ｎ−１個の層Ｌ１を有することとなる。

また、上述のコイル装置１，１Ａ，１Ｂは、非接触給電システム１００において、いずれも非接触給電装置３００として用いられている。言い換えれば、非接触給電装置３００は、コイル装置（１，１Ａ，１Ｂ）を備えている。そして、コイル２は、電源装置（ここでは、電力変換部２０１）から交流電圧が印加されることで非接触で給電するように構成されている。非接触給電装置３００は、上述のコイル装置１，１Ａ，１Ｂと同様に、たとえば車両５００に踏まれる等して比較的大きな荷重が加わってもコア３０が破損し難い。

また、上述のコイル装置１，１Ａ，１Ｂは、非接触受電装置４００として用いられてもよい。言い換えれば、非接触受電装置４００は、コイル装置（１，１Ａ，１Ｂ）を備えている。そして、コイル２は、非接触給電装置３００から非接触で受電するように構成されている。

非接触受電装置４００は、たとえば上述のように車両５００に搭載される。この場合、コイル装置（１，１Ａ，１Ｂ）は、たとえば第１プレート（コイル用プレート）４１を下方に向けた状態で車両５００に搭載される。そして、たとえば車両５００が石を跳ねることで石が非接触受電装置４００に衝突し、非接触受電装置４００に比較的大きな荷重が加わる可能性がある。このような場合でも、非接触受電装置４００がコイル装置（１，１Ａ，１Ｂ）を備えているため、比較的大きな荷重が加わってもコア３０が破損し難い。

また、非接触受電装置４００は、たとえばＶ２Ｈ（Vehicle to Home）システムで用いる場合、設置面６００に設置される。この場合、非接触受電装置４００は、非接触給電装置３００としても機能する。そして、このような場合でも、非接触受電装置４００がコイル装置（１，１Ａ，１Ｂ）を備えているため、たとえば車両５００に踏まれて比較的大きな荷重が加わってもコア３０が破損し難い。

１，１Ａ，１Ｂ コイル装置
２，２Ａ コイル
２１ 導線
２２ 湾曲部
３ コア群
３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ コア
４ プレート
４１ 第１プレート（コイル用プレート）
５１ コア用リブ
５２ コイル用リブ
２０１ 電力変換部（電源装置）
３００ 非接触給電装置
４００ 非接触受電装置
Ｌ１ 層
Ｌ１１ 第１層
Ｌ１２ 第２層
Ｓ１ 収納空間

Claims (14)

1. 導線を巻いて構成されるコイルと、
   前記コイルと磁気的に結合する複数のコアと、
   前記コイルに対して所定方向に積み重なるように配置される複数のプレートとを備え、
   前記複数のプレートにおいて、前記所定方向に隣接する一対のプレートのうちの一方のプレートは、前記所定方向に突出する複数のコア用リブを備え、
   前記複数のコア用リブは、前記一対のプレートの間の空間を複数の収納空間に区切るように構成され、
   前記複数のコアは、前記複数の収納空間にそれぞれ収納されており、
   前記複数のプレートは、前記コイルが配置されるコイル用プレートを含み、
   前記コイル用プレートは、隣り合う前記導線の間に設けられて前記所定方向に突出する複数のコイル用リブを有し、
   前記複数のコア用リブの少なくとも一部と、前記複数のコイル用リブの少なくとも一部とが、前記所定方向において重なることを特徴とするコイル装置。
2. 前記所定方向において、前記複数のコア用リブの寸法は、前記複数のコアの厚さよりも大きいことを特徴とする請求項１記載にコイル装置。
3. 前記複数のコアは、前記所定方向において前記コイルと重なる部位の少なくとも一部では、前記導線の軸方向に並ぶように配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載のコイル装置。
4. 前記複数のコアは、前記所定方向において前記コイルと重なる部位では、前記所定方向及び前記軸方向に直交する方向には並ばないように配置されることを特徴とする請求項３記載のコイル装置。
5. 前記複数の収納空間が形成される層を複数備え、
   前記複数のコアを１つのコア群として複数のコア群を備え、
   前記複数の層は、前記所定方向に並んで設けられており、
   前記複数のコア群は、前記複数の層の各々に配置されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のコイル装置。
6. 前記複数の層の各々の前記複数のコア用リブは、前記所定方向において互いに重ならないように配置されることを特徴とする請求項５記載のコイル装置。
7. 前記コイルの外周形状は、平面視で矩形状であって、
   前記複数のコアは、平面視で矩形状であって、
   前記複数の層は、前記所定方向において隣り合う第１層及び第２層を有し、
   前記第１層の前記複数のコアと、前記第２層の前記複数のコアとは、前記コイルの四隅において、長辺が互いに直交するように配置されることを特徴とする請求項５記載のコイル装置。
8. 前記コイルは、湾曲部を有し、
   前記複数の層は、前記所定方向において隣り合う第１層及び第２層を有し、
   前記複数のコアのうち前記湾曲部に配置されるコアは、平面視で三角形状であって、
   前記第１層の前記複数のコアと、前記第２層の前記複数のコアとは、前記湾曲部におい
   て、前記湾曲部の周方向に並ぶように配置されることを特徴とする請求項５又は６記載のコイル装置。
9. 導線を巻いて構成されるコイルと、
   前記コイルと磁気的に結合する複数のコアと、
   前記コイルに対して所定方向に積み重なるように配置される複数のプレートとを備え、
   前記複数のプレートにおいて、前記所定方向に隣接する一対のプレートのうちの一方のプレートは、前記所定方向に突出する複数のコア用リブを備え、
   前記複数のコア用リブは、前記一対のプレートの間の空間を複数の収納空間に区切るように構成され、
   前記複数のコアは、前記複数の収納空間にそれぞれ収納されており、
   前記複数の収納空間が形成される層を複数備え、
   前記複数のコアを１つのコア群として複数のコア群を備え、
   前記複数の層は、前記所定方向に並んで設けられており、
   前記複数のコア群は、前記複数の層の各々に配置されることを特徴とするコイル装置。
10. 前記複数の層の各々の前記複数のコア用リブは、前記所定方向において互いに重ならないように配置されることを特徴とする請求項９記載のコイル装置。
11. 前記コイルの外周形状は、平面視で矩形状であって、
    前記複数のコアは、平面視で矩形状であって、
    前記複数の層は、前記所定方向において隣り合う第１層及び第２層を有し、
    前記第１層の前記複数のコアと、前記第２層の前記複数のコアとは、前記コイルの四隅において、長辺が互いに直交するように配置されることを特徴とする請求項９記載のコイル装置。
12. 前記コイルは、湾曲部を有し、
    前記複数の層は、前記所定方向において隣り合う第１層及び第２層を有し、
    前記複数のコアのうち前記湾曲部に配置されるコアは、平面視で三角形状であって、
    前記第１層の前記複数のコアと、前記第２層の前記複数のコアとは、前記湾曲部におい
    て、前記湾曲部の周方向に並ぶように配置されることを特徴とする請求項９又は１０記載のコイル装置。
13. 請求項１乃至１２のいずれか１項のコイル装置を備え、
    前記コイルは、電源装置から交流電圧が印加されることで非接触で給電するように構成されていることを特徴とする非接触給電装置。
14. 請求項１乃至１２のいずれか１項のコイル装置を備え、
    前記コイルは、非接触給電装置から非接触で受電するように構成されていることを特徴とする非接触受電装置。

Images