WO2016135894A1 - インダクタユニット及び電動車両 - Google Patents

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WO2016135894A1
WO2016135894A1 PCT/JP2015/055451 JP2015055451W WO2016135894A1 WO 2016135894 A1 WO2016135894 A1 WO 2016135894A1 JP 2015055451 W JP2015055451 W JP 2015055451W WO 2016135894 A1 WO2016135894 A1 WO 2016135894A1
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WO
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inductor
core
center line
winding
inductor unit
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Application number
PCT/JP2015/055451
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English (en)
French (fr)
Inventor
石田　正明
大舘　紀章
正俊 鈴木
徹 司城
健一郎 小川
寛明 石原
尾林　秀一
Original Assignee
株式会社 東芝
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Publication date
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/14—Inductive couplings

Definitions

  • Embodiments described herein relate generally to an inductor unit and an electric vehicle.
  • a device including an inductor unit including a plurality of inductors has been proposed.
  • Such a device is suitable for high-power transmission because it can improve heat dissipation from the inductor and reduce the withstand voltage and current capacity required for each inductor.
  • an inductor unit and an electric vehicle having a plurality of inductors having a small coupling coefficient between the inductors and having a low leakage magnetic field strength from the side of the vehicle body.
  • An inductor unit includes a first inductor and a second inductor and is mounted on a vehicle body.
  • the first inductor is a solenoid type coil and includes a first core and a first winding.
  • the first winding is wound around the first core.
  • the second inductor is a solenoid type coil and includes a second core and a second winding.
  • the second winding is wound around the second core.
  • the first inductor and the second inductor are arranged such that an angle formed by the first straight line and the first center line is larger than 0 degree and smaller than 90 degrees.
  • the first straight line is a straight line connecting the first intersection and the second intersection.
  • the first intersection is an intersection between a first center line parallel to the first magnetic flux direction of the first core and a second center line perpendicular to the first magnetic flux direction.
  • the second intersection point is an intersection point of the third center line parallel to the second magnetic flux direction of the second core and the fourth center line perpendicular to the second magnetic flux direction.
  • the first inductor and the second inductor are arranged so that the first magnetic flux direction and the second magnetic flux direction are parallel to each other. Further, the first inductor and the second inductor are arranged such that an angle formed between the first straight line and the center line in the longitudinal direction of the vehicle body is smaller than an angle formed between the first straight line and the first center line.
  • the top view which shows schematic structure of the inductor unit which concerns on 1st Embodiment.
  • the top view which shows the modification of an inductor.
  • Sectional drawing which shows the modification of an inductor.
  • Sectional drawing which shows the modification of an inductor.
  • action of an inductor unit Explanatory drawing explaining angle
  • the graph which shows the relationship between the coupling coefficient and angle (phi) in the inductor unit of FIG.
  • the graph which shows the relationship between the coupling coefficient and angle (phi) in the inductor unit of FIG.
  • the graph which shows the relationship between the coupling coefficient and angle (phi) in the inductor unit of FIG.
  • the graph which shows the relationship between the coupling coefficient and angle (phi) in the inductor unit of FIG. which shows the relationship between the coupling coefficient and angle (phi) in the inductor unit of FIG.
  • corner Angle in the inductor unit of FIG. The top view which shows the modification of the inductor unit of FIG.
  • the top view which shows the modification of the inductor unit of FIG. The graph which shows the relationship between the coupling coefficient in the inductor unit of FIG. 14, and angle
  • the figure which shows the simulation result of the leakage magnetic field intensity from the inductor unit of FIG. The figure explaining the arrangement
  • the inductor unit according to this embodiment includes a plurality of inductors. Each inductor of the inductor unit 100 is connected to a capacitor to form a resonance circuit. This resonance circuit is used as a power transmission unit or a power reception unit of the wireless power transmission device.
  • FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of the inductor unit 100 according to the present embodiment.
  • the inductor unit 100 includes an inductor 1 and an inductor 2.
  • the inductor 1 (first inductor) is a solenoid type inductor.
  • the inductor 1 is connected in series or in parallel with a capacitor to form a resonance circuit.
  • This capacitor may be included in inductor unit 100 or may be included in a circuit different from inductor unit 100.
  • the inductor 1 is coupled to another inductor arranged oppositely by electromagnetic induction or magnetic field resonance (resonance). Thereby, wireless power transmission between other inductors is realized.
  • the inductor 1 includes a core 11, a winding 12, and a housing 13.
  • the core 11 (first core) is formed of a magnetic material such as ferrite.
  • the winding 12 (first winding) is wound around the core 11.
  • a current flows through the winding 12, a magnetic field is generated.
  • the direction in which the magnetic flux generated in the core 11 during the operation of the inductor unit 100 is maximized is referred to as the magnetic flux direction A 1 (first magnetic flux direction) of the core 11.
  • Flux direction A 1 is the direction of the arrow A 1 in FIG. 1.
  • the core length L 11 dimensions flux direction A 1 of the core 11, the magnetic flux direction A 1 perpendicular dimension of the core 11 is referred to as a core width W 11.
  • the core length L 11 and the core width W 11 can be arbitrarily designed.
  • the center line of the core 11 parallel to the magnetic flux direction A 1 is the center line CL 1 (first center line), and the center line of the core 11 perpendicular to the magnetic flux direction A 1 is the center line CL 2 (second center line).
  • the center line CL 1 is a straight line parallel to the magnetic flux direction A 1 passing through the center of the core width W 11 of the core 11
  • the center line CL 2 is the magnetic flux direction A passing through the center of the core length L 11 of the core 11.
  • a straight line perpendicular to 1 As shown in FIG. 1, the center line CL 1 and the center line CL 2 intersect at an intersection point P 1 (first intersection point).
  • the shape of the core 11 in plan view is a rectangle in which the core length L 11 is longer than the core width W 11.
  • the core 11 may be divided or rectangular. It does not have to be.
  • the dimension of each side of the rectangular shape outer periphery of the core 11 is fit is core length L 11 and the core width W 11. In either case, the core length L 11 of the maximum dimension of the magnetic flux direction A 1 of the core 11, the largest dimension of the magnetic flux direction A 1 perpendicular direction of the core 11 of the core width W 11.
  • Winding length L 12 can be arbitrarily designed.
  • the center line of the winding 12 perpendicular to the magnetic flux direction A 1 is referred to as a center line CL 5 (fifth center line).
  • the winding 12 is arranged at the center of the core 11 so that the center line CL 2 and the center line CL 5 coincide.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along the center line CL 1 of the inductor 1. As shown in FIG. 3, the winding 12 may be wound around the core 11 via a dielectric bobbin 14.
  • the housing 13 is made of a dielectric material. In FIG. 1, since only the outer shape of the housing 13 is shown, the core 11 and the winding 12 are exposed on the surface, but actually, the housing 13 covers the entire core 11 and the winding 12. It is formed to cover.
  • the inductor 2 (second inductor) is a solenoid type inductor.
  • the inductor 2 is connected in series with the capacitor to form a resonance circuit.
  • This capacitor may be included in inductor unit 100 or may be included in a circuit different from inductor unit 100.
  • the inductor 2 is coupled to other inductors arranged opposite to each other by magnetic field resonance (resonance). Thereby, wireless power transmission between other inductors is realized.
  • the inductor 2 includes a core 21, a winding 22, and a housing 23.
  • the core 21 (second core) is formed of a magnetic material such as ferrite.
  • the winding 22 (second winding) is wound around the core 21.
  • a magnetic field is generated.
  • the direction in which the magnetic flux generated in the core 21 during the operation of the inductor unit 100 is maximized is referred to as the magnetic flux direction A 2 (second magnetic flux direction) of the core 21.
  • Flux direction A 2 is the direction of arrow A 2 in FIG. 1.
  • the core length L 21 dimensions flux direction A 2 of the core 21, perpendicular dimension and flux direction A 2 of the core 21 is referred to as a core width W 21.
  • the core length L 21 and the core width W 21 can be arbitrarily designed.
  • the center line of the core 21 parallel to the magnetic flux direction A 2 is the center line CL 2 (third center line), and the center line of the core 21 perpendicular to the magnetic flux direction A 2 is the center line CL 4 (fourth center line).
  • the center line CL 3 is a straight line parallel to the magnetic flux direction A 2 passing through the center of the core width W 21 of the core 21, and the center line CL 4 is the magnetic flux direction A passing through the center of the core length L 21 of the core 21.
  • a straight line perpendicular to 2 As shown in FIG. 1, the center line CL 3 and the center line CL 4 intersect at an intersection point P 2 (second intersection point).
  • the planar shape of the core 21 is a rectangle in which the core length L 21 is longer than the core width W 21.
  • the core 21 may be divided or rectangular. It does not have to be. In either case, the core length L 21 of the maximum dimension of the flux direction A 2 of the core 21, the largest dimension of the magnetic flux direction A 2 perpendicular direction of the core 21 of the core width W 21.
  • Winding 22 for example, a copper wire, an aluminum wire, a litz wire, or the like is used.
  • Winding length L 22 can be arbitrarily designed.
  • center line of the winding 22 perpendicular to the magnetic flux direction A 2 is referred to as a center line CL 6 (sixth center line).
  • the winding 22 is arranged at the center of the core 21 so that the center line CL 4 and the center line CL 6 coincide.
  • the winding 22 may be wound around the core 21 via a dielectric bobbin.
  • the housing 23 is formed of a dielectric material. In FIG. 1, since only the outer shape of the housing 23 is shown, the core 21 and the winding 22 are exposed on the surface, but actually, the housing 23 covers the entire core 21 and the winding 22. It is formed to cover.
  • the straight line L 0 (first straight line) is a straight line connecting the intersection point P 1 of the inductor 1 and the intersection point P 2 of the inductor 2. With such an arrangement, the coupling coefficient of the inductor 1 and the inductor 2 can be reduced.
  • the inductor 1 and the inductor 2 have an angle where the coupling coefficient becomes 0 at a point where the coupling coefficient changes from the + side to the ⁇ side when the angle ⁇ is 50 degrees or more and 70 degrees or less.
  • the absolute value of the coefficient is smaller than other angle ranges.
  • the inductor 1 and the inductor 2 are preferably arranged so that the angle ⁇ is not less than 50 degrees and not more than 70 degrees. Such an arrangement can reduce the coupling coefficient more effectively.
  • the decrease in the coupling coefficient means a decrease in the absolute value of the coupling coefficient.
  • FIG. 5 is a side view of the two inductor units 100 and 100 ′ provided on the power transmission side and the power reception side, respectively.
  • the inductor 1 of the power transmission side inductor unit 100 is coupled with the inductor 3 of the power receiving side inductor unit 100 ′ arranged to transmit power. Further, the inductor 2 of the inductor unit 100 on the power transmission side is coupled with the inductor 4 of the inductor unit 100 ′ on the power reception side arranged opposite to transmit power.
  • the inductor unit 100 When the inductor unit 100 is arranged in this way, in addition to the above-described coupling, coupling of the inductors 1 and 2, coupling of the inductors 3 and 4, coupling of the inductors 1 and 4, and coupling of the inductors 2 and 3 occur. These couplings interfere with power transmission due to the coupling of the inductors 1 and 3 and the inductors 2 and 4.
  • the coupling coefficient of the coupling of the two inductors ⁇ and ⁇ is referred to as k ⁇ .
  • the angle formed by the width direction of the inductor unit 100 (direction perpendicular to the magnetic field directions A 1 and A 2 ) and the direction of the leakage magnetic field H (direction of the arrow H) is called an angle Angle. .
  • FIG. 7 to 10 are graphs showing the relationship between the coupling coefficient of the inductor unit 100 and the angle ⁇ (Phi).
  • FIG. 7 is a graph of coupling coefficients k13, k34, k14, and k23 when the core lengths L 11 and L 21 are 550 mm, the core widths W 11 and W 21 are 350 mm, and the winding lengths L 12 and L 22 are 50 mm. . Since these coupling coefficients interfere with power transmission as described above, a smaller one is preferable.
  • the angle ⁇ increases from 0 degree and the coupling coefficients k12, k34, k14, and k23 all decrease, and becomes 0 when the angle ⁇ is about 50 to 70 degrees. ing.
  • the angle ⁇ at which the coupling coefficient is 0 is referred to as a zero point.
  • the angle ⁇ exceeds the zero point, the negative coupling coefficient increases.
  • FIG. 8 is a graph of the coupling coefficient k12 when the core lengths L 11 and L 21 are 550 mm, the core widths W 11 and W 21 are 350 mm, and the winding lengths L 12 and L 22 are 50, 250, and 450 mm. As shown in FIG. 8, even when the winding lengths L 21 and L 22 are changed, the coupling coefficient k12 is 0 when the angle ⁇ is approximately 50 to 70 degrees. That is, the zero point is included in the range of about 50 to 70 degrees. The same applies to the coupling coefficients k34, k14, and k23.
  • FIG. 9 is a graph of the coupling coefficient k12 when the core widths W 11 and W 21 (widths of the windings 12 and 22) are 350 mm and the winding lengths L 12 and L 22 are 50, 250, and 450 mm.
  • the inductors 1 and 2 do not include the cores 1 and 2.
  • the coupling coefficient k12 is 0 when the angle ⁇ is between about 50 and 70 degrees. That is, the zero point is included in the range of about 50 to 60 degrees.
  • FIG. 10 is a graph of the coupling coefficient k12 when the core lengths L 11 and L 21 are 350, 550, and 750 mm, the core widths W 11 and W 21 are 350 mm, and the winding lengths L 12 and L 22 are 250 mm.
  • the coupling coefficient is 0 when the angle ⁇ is between about 50 and 70 degrees. That is, the zero point is included in the range of about 50 to 70 degrees.
  • the coupling coefficient can be set to 0 by setting the angle ⁇ to a predetermined angle. This is because the coupling coefficient shifts from a positive value to a negative value in the process in which the angle ⁇ changes from 0 degrees to 90 degrees.
  • the coupling coefficient can be brought close to 0 by setting the angle ⁇ to 50 degrees or more and 70 degrees or less.
  • the coupling coefficient can be set to 0 by setting the angle ⁇ to the zero point.
  • the inductor unit 100 can reduce the leakage magnetic field H at the same time as the coupling coefficient is lowered by setting the magnetic fields generated by the inductors 1 and 2 to have opposite phases.
  • FIG. 11 is a graph showing the relationship between the leakage magnetic field H of the inductor unit 100 and the angle Angle.
  • the H in-phase indicates the leakage magnetic field strength when a current of the same phase flows through the windings 12 and 22
  • the H reverse phase indicates the leakage magnetic field strength when a current of the opposite phase flows through the windings 12 and 22.
  • the angle formed by the magnetic flux directions A 1 and A 2 is 0 degree or 180 degrees.
  • the leakage magnetic field H can be reduced by generating a reverse-phase magnetic field in the inductors 1 and 2.
  • the coupling coefficient between the inductors constituting the inductor unit 100 can be reduced, that is, close to 0 and the leakage magnetic field H can be reduced.
  • the magnetic flux directions A 1 and A 2 of the inductors 1 and 2 coincide with each other, it is possible to prevent a reduction in the allowable range with respect to the positional deviation.
  • the coupling coefficient of the inductors 1 and 2 depends on the angle ⁇ , the coupling coefficient can be reduced even when the distance between the inductors 1 and 2 is short. Therefore, the inductors 1 and 2 are arranged close to each other, and the inductor unit 100 can be downsized.
  • the windings 12 and 22 of the inductors 1 and 2 may be wound in the opposite directions and a current of the same phase may be supplied to the windings 12 and 22.
  • the windings 12 and 22 may be wound in the same direction, and a current of opposite phase may be passed through the windings 12 and 22, or a current of the same phase may be passed in the opposite direction.
  • FIG. 12 is a plan view showing a modification of the inductor unit 100.
  • the center line of the winding is disposed so as to be separated from the center line of the core. That is, the winding 12 has a center line CL 2 and the center line CL 5 are arranged to be separated by the offset distance L 25. Winding 22 is arranged such that center line CL 4 and center line CL 6 are separated by an offset distance L 46 .
  • FIG. 13 is a graph showing the relationship between the coupling coefficient and the angle ⁇ in the inductor unit of FIG. More specifically, FIG. 13 shows that the core lengths L 11 and L 21 are 550 mm, the core widths W 11 and W 21 are 350 mm, the winding lengths L 12 and L 22 are 250 mm, and the offset distances L 25 and L 46 are 200 mm. It is a graph of the case.
  • the angle of the zero point angle ⁇ can be changed by offsetting the position of the winding with respect to the core.
  • FIG. 14 is a plan view showing another modification of the inductor unit 100 according to the present embodiment.
  • the inductor unit 100 includes a shielding plate 3 made of a conductor or a magnetic material between the inductor 1 and the inductor 2. More specifically, the shielding plate 3 is disposed so as to shield at least a part of the magnetic path formed by the inductors 1 and 2. In FIG. 14, the shielding plate 3 is provided for each of the inductors 1 and 2, but may be provided for only one of the inductors 1 and 2.
  • FIG. 15 is a graph showing the relationship between the coupling coefficient and the angle ⁇ in the inductor unit 100 of FIG. As shown in FIG. 15, when the shield plate 3 is provided in the inductor unit 100, the coupling coefficient can be further reduced by the shielding effect.
  • the longitudinal direction (length direction) of the vehicle body is referred to as C 1
  • the width direction (direction perpendicular to the longitudinal direction C 1 ) is referred to as C 2
  • the center line of the vehicle body parallel to the longitudinal direction C 1 is referred to as CL 7 .
  • FIG. 16 is a diagram showing a simulation result of the leakage magnetic field of the inductor unit 100.
  • FIG. FIG. 16 shows contour lines of the leakage magnetic field strength of the inductor unit 100.
  • the inner contour line has a higher leakage magnetic field strength, and the outer contour line has a lower leakage magnetic field strength.
  • leakage magnetic field intensity the distance from the inductor unit 100 (the midpoint of the intersection P 1 and the intersection P 2) is in certain cases, be highest on a straight line L 0.
  • the inductor unit 100 disposed with the center line CL 1 of the inductor 1, the center line CL 7 in the longitudinal direction C 1 of the vehicle body 301, so are parallel, the inductor unit 100 with respect to the body 301 Then, the leakage magnetic field strength of the side surface portion (the portion surrounded by the broken line) of the vehicle body 301 is increased. Since the magnetic field leaked from the side surface of the vehicle body may affect the human body, the leakage magnetic field strength on the side surface of the vehicle body is preferably low.
  • the inductors 1 and 2 have the vehicle body 301 such that the angle ⁇ formed by the center line CL 7 and the straight line L 0 is smaller than the angle ⁇ formed by the center line CL 1 and the straight line L 0. (0 ⁇ ⁇ ⁇ ).
  • the leakage magnetic field relatively less strength than the leakage magnetic field on the straight line L 0 is, to become leaking from the side of the vehicle body 301, it is possible to reduce the leakage magnetic field intensity from the side of the vehicle body 301.
  • the angle ⁇ can be any angle smaller than the angle ⁇ , but is preferably 0 degrees. This is because when the angle ⁇ is 0 degree, that is, when the straight line L 0 and the center line CL 7 are parallel, a leakage magnetic field having a high intensity on the straight line L 0 does not leak from the side surface of the vehicle body 301. is there.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating an example of the inductor unit 100 arranged as described above.
  • the leakage magnetic field strength on the other side of the side surface of the vehicle body 301 can be reduced.
  • the entrance / exit is provided only on the other side of the side surface of the vehicle body 301, and it is assumed that a person does not approach one side.
  • FIG. 18 is a plan view showing still another modification of the inductor unit 100 according to the present embodiment.
  • the inductor unit 100 in FIG. 18 includes N (N ⁇ 3) inductors arranged on a straight line.
  • N N ⁇ 3 inductors arranged on a straight line.
  • adjacent inductors are arranged in the same manner as the inductors 1 and 2 described above. Therefore, the straight line L 0 between the inductors are consistent.
  • the wireless power transmission device includes the inductor unit according to the first embodiment.
  • the wireless power transmission device here includes a power receiving device and a power transmission device for wireless power transmission.
  • the power receiving device and the power transmitting device will be described separately.
  • FIG. 19 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the power receiving device 210 according to the present embodiment.
  • the power receiving device 210 includes the inductor unit 100 according to the first embodiment, a rectifier 211, a DC / DC converter 212, and a storage battery 213.
  • the power receiving device 210 receives power from the inductor on the power transmission side via the inductor unit 100. The received power is input to the rectifier 211.
  • the rectifier 211 rectifies the AC power input from the inductor unit 100 into DC power.
  • the rectifier 211 is configured by a bridge circuit using a diode, for example.
  • the power rectified by the rectifier 211 is input to the DC / DC converter 212.
  • the DC / DC converter 212 adjusts the voltage so that an appropriate voltage is applied to the storage battery 213.
  • the adjusted voltage is input to the storage battery 213.
  • the power receiving device 210 may be configured without the DC / DC converter 212.
  • the storage battery 213 stores the power input from the DC / DC converter 212 or the rectifier 211.
  • An arbitrary storage battery such as a lead storage battery or a lithium ion battery can be used as the storage battery 213.
  • the power receiving device 210 receives power via the inductor unit 100, the magnetic coupling between the power-receiving inductors during power reception is reduced, and a decrease in power transmission efficiency is suppressed. Therefore, the storage battery 213 can be charged efficiently. Note that the power receiving device 210 may be configured without the storage battery 213.
  • FIG. 20 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the power transmission device 220 according to the present embodiment. As shown in FIG. 20, the power transmission device 220 includes the inductor unit 100 according to the first embodiment and an AC power source 221.
  • AC power supply 221 inputs AC power to inductor unit 100.
  • the AC power source 221 receives power from a commercial power source, rectifies the input power, and outputs AC power using an inverter circuit.
  • the AC power source 221 may be configured to include a circuit that adjusts the voltages of commercial power, DC power, and AC power, and a power factor correction circuit called a PFC circuit.
  • Each of the inductors 1 and 2 of the inductor unit 100 generates an AC magnetic field by the electric power input from the AC power source 221 and transmits the AC magnetic field to the power receiving inductor.
  • the power transmission device 220 transmits power via the inductor unit 100, the magnetic coupling between inductors on the power transmission side during power transmission is reduced, and a decrease in power transmission efficiency is suppressed. Therefore, the power supplied from the AC power source 221 can be transmitted efficiently.
  • FIG. 21 is a circuit diagram illustrating an example of the AC power supply 221.
  • the AC power supply 221 a DC power source DC 1 supplies power to the inductor 1
  • the inverter circuit INV 1 to the direct current power supply DC 1 converts the DC power supplied to the AC
  • DC supplies power to the inductor 2
  • an inverter circuit INV 2 that converts DC power supplied from the DC power source DC 2 into AC.
  • the inverter circuits INV 1 and INV 2 are single-phase full bridge inverters.
  • the inverter circuits INV 1 and INV 2 drive the U phase and the V phase in opposite phases. That is, the transistor UH and the transistor VH are opened and closed in opposite phases, and the transistor UL and the transistor VL are opened and closed in opposite phases. Thereby, direct-current power is converted into alternating current power.
  • OUT1 and OUT2 indicate the phases of the magnetic fields generated by the inductors 1 and 2, respectively.
  • the AC power source 221 shares two systems of DC power sources DC 1 and DC 2 and may be formed by one system of DC power sources DC 1 as shown in FIG. In FIG. 22, inverter circuits INV 1 and INV 2 are connected in parallel. As in FIG. 21, the AC power source 221 can drive the inverter circuit INV 1 and the inverter circuit INV 2 in opposite phases, so that the magnetic fields generated by the inductors 1 and 2 can be reversed in phase.
  • the AC power supply 221 shares two inverter circuits INV 1 and INV 2 and may be formed by one inverter circuit INV 1 as shown in FIG. In FIG. 24, the inductors 1 and 2 are connected in parallel so that the input directions are reversed. Also, the AC power source 221 in FIG. 25 is formed by one inverter circuit INV1 as in FIG. 24, and the inductors 1 and 2 are connected in series so that the input directions are reversed. In these AC power supply 221, when driving the inverter circuit INV 1, the inductor 1 and 2 to generate a magnetic field of opposite phase.
  • AC power source 221 is not limited to the above configuration, and may have any configuration that allows AC power to be input to the inductor unit 100.
  • the electric vehicle according to the present embodiment includes the wireless power transmission device according to the second embodiment as a power receiving device.
  • the electric vehicle is a vehicle driven by electric power or a combination of electric power and fuel.
  • the electric vehicle includes an electric vehicle, an EV bus, a train, a PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicle), a storage battery drive train, and the like.
  • an electric vehicle is an EV bus is demonstrated, the electric vehicle which concerns on this embodiment is not restricted to this.
  • FIG. 26 is a schematic configuration diagram showing an EV bus 300 according to the present embodiment.
  • the EV bus 300 includes an inductor unit 100, a rectifier 211, a DC / DC converter 212, a storage battery 213, and a vehicle body 301.
  • the inductor unit 100, the rectifier 211, the DC / DC converter 212, and the storage battery 213 constitute the power receiving device 210 in the second embodiment.
  • the inductor unit 100 is provided at the bottom of the vehicle body 301 such that the lower surface (road surface side) of the inductors 1 and 2 faces the road surface.
  • the EV bus 300 is supplied with power from a wireless power transmission device on the power transmission side installed on a road surface such as a parking lot, and charges the storage battery 213.
  • EV bus 300 is driven by electric power stored in storage battery 213. Since the EV bus 300 receives power via the inductor unit 100, the magnetic coupling between inductors on the power receiving side during power reception is reduced, and the reduction in power transmission efficiency is suppressed. Therefore, the storage battery 213 can be charged efficiently.
  • the power transmission device 220 may be used as a power transmission device for charging the EV bus 300.
  • the inductors of the power transmission device 220 so as to face the inductor of the power receiving device, i.e., as the straight line L 0 of the power receiving device is positioned directly above the straight line L 0 of the power transmitting device, being arranged Is preferred.
  • the power transmission device 220 transmits power to the EV bus 300 via the inductor unit 100, the magnetic coupling between inductors on the power transmission side during power transmission is reduced, and a reduction in power transmission efficiency is suppressed. Therefore, the electric power supplied from AC power supply 221 can be efficiently transmitted to EV bus 300.
  • FIG. 27 is a schematic configuration diagram showing a modification of the EV bus 300 according to the present embodiment.
  • the EV bus 300 in FIG. 27 further includes a vehicle body frame 303.
  • the body frame 303 is provided at the bottom of the body 301 so as to surround at least a part of the inductors 1 and 2.
  • the body frame 303 is formed so as to protrude from the lower surface (road surface side) of the inductors 1 and 2 to the road surface side.
  • the inductors 1 and 2 can be protected by the vehicle body frame 303 protruding toward the road surface even when the bottom of the vehicle body 301 is in contact with the road surface.
  • the body frame 303 can be formed of a conductor or a magnetic material and used as the shielding plate 3.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments as they are, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage.
  • various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the above embodiments. Further, for example, a configuration in which some components are deleted from all the components shown in each embodiment is also conceivable. Furthermore, you may combine suitably the component described in different embodiment.

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Abstract

【課題】　各インダクタ間の結合係数が小さい複数のインダクタを有し、車体側面からの漏洩磁界強度が低いインダクタユニット及び電動車両を提供する。 【解決手段】　一実施形態に係るインダクタユニットは、第１インダクタと、第２インダクタとを備え、車体に搭載される。第１（第２）インダクタは、第１（第２）コアと、第１（第２）巻線とを備える。第１インダクタ及び第２インダクタは、第１直線と第１中心線とのなす角が０度より大きくかつ９０度より小さくなるように、第１磁束方向及び第２磁束方向が平行になるように、かつ、第１直線と車体の前後方向の中心線とのなす角が、第１直線と第１中心線とのなす角より小さくなるように配置される。第１直線は、第１交点と第２交点とを結ぶ直線である。第１（第２）交点は、第１（第２）コアの第１（第２）磁束方向と平行な第１（第３）中心線と、第１（第２）磁束方向と垂直な第２（第４）中心線と、の交点である。

Description

インダクタユニット及び電動車両
　本発明の実施形態は、インダクタユニット及び電動車両に関する。
　近年、ＥＶバスなどに無線で大電力を伝送するための無線電力伝送装置として、複数のインダクタを含むインダクタユニットを備えた装置が提案されている。このような装置は、インダクタからの放熱性を高め、各インダクタに要求される耐電圧や電流容量を低減することができるため、大電力の伝送に適している。
　しかしながら、この装置では、インダクタユニットを構成する複数のインダクタが磁気的に結合することにより、電力の伝送効率の低下や、電力制御の複雑化などの問題が生じる。また、複数のインダクタの磁気的な結合を抑制するために、各インダクタの磁束方向のなす角を垂直にしたインダクタユニットも提案されているが、このインダクタユニットでは、漏洩磁界の低減が困難になるという問題があった。さらに、インダクタユニットの車体に対する配置によっては、車体側面からの漏洩磁界強度が高くなり、人体に影響を及ぼす恐れもあった。
特開２０１３－２４７８２２号公報 特開２０１１－２３４４９６号公報
　各インダクタ間の結合係数が小さい複数のインダクタを有し、車体側面からの漏洩磁界強度が低いインダクタユニット及び電動車両を提供する。
　一実施形態に係るインダクタユニットは、第１インダクタと、第２インダクタとを備え、車体に搭載される。第１インダクタは、ソレノイド型コイルであり、第１コアと、第１巻線とを備える。第１巻線は、第１コアの周囲に巻き付けられる。第２インダクタは、ソレノイド型コイルであり、第２コアと、第２巻線とを備える。第２巻線は、第２コアの周囲に巻き付けられる。第１インダクタ及び第２インダクタは、第１直線と第１中心線とのなす角が０度より大きくかつ９０度より小さくなるように配置される。第１直線は、第１交点と第２交点とを結ぶ直線である。第１交点は、第１コアの第１磁束方向と平行な第１中心線と、第１磁束方向と垂直な第２中心線と、の交点である。第２交点は、第２コアの第２磁束方向と平行な第３中心線と、第２磁束方向と垂直な第４中心線と、の交点である。また、第１インダクタ及び第２インダクタは、第１磁束方向と第２磁束方向とが平行になるように配置される。さらに、第１インダクタ及び第２インダクタは、第１直線と車体の前後方向の中心線とのなす角が、第１直線と第１中心線とのなす角より小さくなるように配置される。
第１実施形態に係るインダクタユニットの概略構成を示す平面図。 インダクタの変形例を示す平面図。 インダクタの変形例を示す断面図。 インダクタの変形例を示す断面図。 インダクタユニットの作用を説明する説明図。 角Angleを説明する説明図。 図１のインダクタユニットにおける結合係数と角φとの関係を示すグラフ。 図１のインダクタユニットにおける結合係数と角φとの関係を示すグラフ。 図１のインダクタユニットにおける結合係数と角φとの関係を示すグラフ。 図１のインダクタユニットにおける結合係数と角φとの関係を示すグラフ。 図１のインダクタユニットにおける漏洩磁界と角Angleの関係を示すグラフ。 図１のインダクタユニットの変形例を示す平面図。 図１２のインダクタユニットにおける結合係数と角φとの関係を示すグラフ。 図１のインダクタユニットの変形例を示す平面図。 図１４のインダクタユニットにおける結合係数と角φとの関係を示すグラフ。 図１のインダクタユニットからの漏洩磁界強度のシミュレーション結果を示す図。 図１のインダクタユニットの車体への配置方法を説明する図。 図１のインダクタユニットの変形例を示す平面図。 第２実施形態に係る受電装置の概略構成を示すブロック図。 第２実施形態に係る送電装置の概略構成を示すブロック図。 交流電源の一例を示す回路図。 交流電源の一例を示す回路図。 交流電源の一例を示す回路図。 交流電源の一例を示す回路図。 交流電源の一例を示す回路図。 第３実施形態に係るＥＶバスを示す概略構成図。 第３実施形態に係るＥＶバスの変形例を示す概略構成図。
　以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
　まず、第１実施形態に係るインダクタユニットについて、図１～図１８を参照して説明する。本実施形態に係るインダクタユニットは、複数のインダクタを備える。インダクタユニット１００の各インダクタは、それぞれキャパシタと接続され、共振回路を形成する。この共振回路は、無線電力伝送装置の送電部又は受電部として用いられる。
　まず、インダクタユニット内における各インダクタの配置について説明する。
　ここで、図１は、本実施形態に係るインダクタユニット１００の概略構成を示す平面図である。図１に示すように、インダクタユニット１００は、インダクタ１とインダクタ２とを備える。
　インダクタ１（第１インダクタ）は、ソレノイド型のインダクタである。インダクタ１は、キャパシタと直列ないしは並列に接続されて共振回路を形成する。このキャパシタは、インダクタユニット１００に含まれてもよいし、インダクタユニット１００とは別の回路に含まれてもよい。インダクタ１は、対向配置された他のインダクタと電磁誘導ないしは磁界共鳴（共振）により結合する。これにより、他のインダクタとの間での無線電力伝送が実現される。インダクタ１は、コア１１と、巻線１２と、筐体１３とを備える。
　コア１１（第１コア）は、フェライトなどの磁性体により形成される。巻線１２（第１巻線）は、コア１１の周囲に巻付けられている。巻線１２に電流が流れることにより、磁界が発生する。以下では、インダクタユニット１００の動作中にコア１１内で生じる磁束が最大となる方向を、コア１１の磁束方向Ａ１（第１磁束方向）と称する。磁束方向Ａ１は、図１における矢印Ａ１の方向である。また、コア１１の磁束方向Ａ１の寸法をコア長Ｌ１１と、コア１１の磁束方向Ａ１と垂直な方向の寸法をコア幅Ｗ１１と称する。コア長Ｌ１１及びコア幅Ｗ１１は、任意に設計可能である。
　さらに、磁束方向Ａ１と平行なコア１１の中心線を中心線ＣＬ１（第１中心線）と、磁束方向Ａ１と垂直なコア１１の中心線を中心線ＣＬ２（第２中心線）と称する。すなわち、中心線ＣＬ１は、コア１１のコア幅Ｗ１１の中心を通る磁束方向Ａ１と平行な直線であり、中心線ＣＬ２は、コア１１のコア長Ｌ１１の中心を通る磁束方向Ａ１と垂直な直線である。図１に示すように、中心線ＣＬ１と中心線ＣＬ２とは、交点Ｐ１（第１交点）で交差する。
　なお、図１において、コア１１の平面視形状は、コア長Ｌ１１がコア幅Ｗ１１より長い矩形であるが、図２に示すように、コア１１が分割されていてもよいし、矩形でなくてもよい。コア１１が分割されている場合や、矩形でない場合は、コア１１の外周が収まる矩形形状の各辺の寸法がコア長Ｌ１１及びコア幅Ｗ１１となる。いずれの場合も、コア１１の磁束方向Ａ１の最大寸法をコア長Ｌ１１と、コア１１の磁束方向Ａ１と垂直な方向の最大寸法をコア幅Ｗ１１という。
　磁束方向巻線１２として、例えば、銅線、アルミ線、及びリッツ線などが用いられる。以下では、巻線１２の磁束方向Ａ１の寸法を巻線長Ｌ１２と称する。巻線長Ｌ１２は、任意に設計可能である。
　また、磁束方向Ａ１と垂直な巻線１２の中心線を中心線ＣＬ５（第５中心線）と称する。図１において、巻線１２はコア１１の中央部に、中心線ＣＬ２と中心線ＣＬ５とが一致するように配置されている。ここで、図３は、インダクタ１の中心線ＣＬ１に沿った断面図である。巻線１２は、図３に示すように、コア１１の周囲に誘電体のボビン１４を介して巻付けられてもよい。
　筐体１３は、誘電体により形成される。図１において、筐体１３は外形のみが示されているため、コア１１及び巻線１２が表面に露出しているが、実際には、筐体１３は、コア１１及び巻線１２の全体を覆うように形成される。
　インダクタ２（第２インダクタ）は、ソレノイド型のインダクタである。インダクタ２は、キャパシタと直列に接続されて共振回路を形成する。このキャパシタは、インダクタユニット１００に含まれてもよいし、インダクタユニット１００とは別の回路に含まれてもよい。インダクタ２は、対向配置された他のインダクタと磁界共鳴（共振）により結合する。これにより、他のインダクタとの間での無線電力伝送が実現される。インダクタ２は、コア２１と、巻線２２と、筐体２３と、を備える。
　コア２１（第２コア）は、フェライトなどの磁性体により形成される。巻線２２（第２巻線）は、コア２１の周囲に巻付けられている。巻線２２に電流が流れることにより、磁界が発生する。以下では、インダクタユニット１００の動作中にコア２１内で生じる磁束が最大となる方向を、コア２１の磁束方向Ａ２（第２磁束方向）と称する。磁束方向Ａ２は、図１における矢印Ａ２の方向である。また、コア２１の磁束方向Ａ２の寸法をコア長Ｌ２１と、コア２１の磁束方向Ａ２と垂直な方向の寸法をコア幅Ｗ２１と称する。コア長Ｌ２１及びコア幅Ｗ２１は、任意に設計可能である。
　さらに、磁束方向Ａ２と平行なコア２１の中心線を中心線ＣＬ２（第３中心線）と、磁束方向Ａ２と垂直なコア２１の中心線を中心線ＣＬ４（第４中心線）と称する。すなわち、中心線ＣＬ３は、コア２１のコア幅Ｗ２１の中心を通る磁束方向Ａ２と平行な直線であり、中心線ＣＬ４は、コア２１のコア長Ｌ２１の中心を通る磁束方向Ａ２と垂直な直線である。図１に示すように、中心線ＣＬ３と中心線ＣＬ４とは、交点Ｐ２（第２交点）で交差する。
　なお、図１において、コア２１の平面視形状は、コア長Ｌ２１がコア幅Ｗ２１より長い矩形であるが、図４に示すように、コア２１が分割されていてもよいし、矩形でなくてもよい。いずれの場合も、コア２１の磁束方向Ａ２の最大寸法をコア長Ｌ２１と、コア２１の磁束方向Ａ２と垂直な方向の最大寸法をコア幅Ｗ２１という。
　巻線２２として、例えば、銅線、アルミ線、及びリッツ線などが用いられる。以下では、巻線２２の磁束方向Ａ２の寸法を巻線長Ｌ２２と称する。巻線長Ｌ２２は、任意に設計可能である。
　また、磁束方向Ａ２と垂直な巻線２２の中心線を中心線ＣＬ６（第６中心線）と称する。図１において、巻線２２はコア２１の中央部に、中心線ＣＬ４と中心線ＣＬ６とが一致するように配置されている。なお、巻線２２は、コア２１の周囲に誘電体のボビンを介して巻付けられてもよい。
　筐体２３は、誘電体により形成される。図１において、筐体２３は外形のみが示されているため、コア２１及び巻線２２が表面に露出しているが、実際には、筐体２３は、コア２１及び巻線２２の全体を覆うように形成される。
　上述のインダクタユニット１及びインダクタユニット２は、図１に示すように、磁束方向Ａ１と磁束方向Ａ２とが平行になるように、同一平面上に配置される。また、インダクタユニット１及びインダクタユニット２は、直線Ｌ０と中心線ＣＬ１とのなす角φが、０度より大きくかつ９０度より小さくなるように配置される。直線Ｌ０（第１直線）とは、インダクタ１の交点Ｐ１とインダクタ２の交点Ｐ２とを結ぶ直線である。このような配置により、インダクタ１及びインダクタ２の結合係数を低下させることができる。
　特に、インダクタ１及びインダクタ２は、角φが、５０度以上７０度以下において、結合係数が＋側から－側に変わるポイントで結合係数が０となる角度が存在するため、この角度範囲の結合係数の絶対値は、他の角度範囲よりも小さくなる。このため、インダクタ１及びインダクタ２は、角φが、５０度以上７０度以下となるように配置されるのが好ましい。このような配置により、より効果的に結合係数を低下させることができる。なお、結合係数の低下とは、結合係数の絶対値の低下を意味する。
　次に、本実施形態に係るインダクタユニット１００の作用について説明する。以下では、送電側のインダクタユニット１００と受電側のインダクタユニット１００′がそれぞれ設けられているものとする。ここで、図５は、送電側及び受電側にそれぞれ設けられた２系統のインダクタユニット１００，１００′を横から見た図である。
　図５において、送電側のインダクタユニット１００のインダクタ１は、対向配置された受電側のインダクタユニット１００′のインダクタ３と結合して電力を伝送する。また、送電側のインダクタユニット１００のインダクタ２は、対向配置された受電側のインダクタユニット１００′のインダクタ４と結合して電力を伝送する。
　インダクタユニット１００がこのように配置された場合、上記の結合の他にも、インダクタ１，２の結合、インダクタ３，４の結合、インダクタ１，４の結合、インダクタ２，３の結合が生じる。これらの結合は、インダクタ１，３及びインダクタ２，４の結合による電力伝送に干渉する。以下では、２つのインダクタα，βの結合の結合係数をｋαβという。
　また、図６に示すように、インダクタユニット１００の幅方向（磁界方向Ａ１，Ａ２と垂直な方向）と、漏洩磁界Ｈの方向（矢印Ｈの方向）と、のなす角を角Angleという。
　ここで、図７～図１０は、インダクタユニット１００の結合係数と角φ（Phi）との関係を示すグラフである。図７は、コア長Ｌ１１，Ｌ２１が５５０ｍｍ、コア幅Ｗ１１，Ｗ２１が３５０ｍｍ、巻線長Ｌ１２，Ｌ２２が５０ｍｍの場合の結合係数ｋ１３、ｋ３４、ｋ１４、ｋ２３のグラフである。これらの結合係数は、上述の通り、電力伝送に干渉するため、小さい方が好ましい。
　図７に示すように、インダクタユニット１００では、角φが０度から大きくなるとともに結合係数ｋ１２，ｋ３４，ｋ１４，ｋ２３はいずれも小さくなり、角φが約５０～７０度のときに０となっている。以下では、結合係数が０になる角φの角度をゼロ点という。角φがゼロ点を超えると、負の結合係数が大きくなる。
　図８は、コア長Ｌ１１，Ｌ２１が５５０ｍｍ、コア幅Ｗ１１，Ｗ２１が３５０ｍｍ、巻線長Ｌ１２，Ｌ２２が５０，２５０，４５０ｍｍの場合の結合係数ｋ１２のグラフである。図８に示すように、巻線長Ｌ２１，Ｌ２２を変化させた場合であっても、結合係数ｋ１２は、角φが約５０～７０度の間で０になっている。すなわち、ゼロ点は約５０～７０度の範囲に含まれる。これは、結合係数ｋ３４，ｋ１４，ｋ２３についても同様である。
　図９は、コア幅Ｗ１１，Ｗ２１（巻線１２，２２の幅）が３５０ｍｍ、巻線長Ｌ１２，Ｌ２２が５０，２５０，４５０ｍｍの場合の結合係数ｋ１２のグラフである。図９において、インダクタ１，２はコア１，２を備えない。図９に示すように、インダクタ１，２はコア１，２を備えない場合であっても、結合係数ｋ１２は、角φが約５０～７０度の間で０になっている。すなわち、ゼロ点は約５０～６０度の範囲に含まれる。これは、結合係数ｋ３４，ｋ１４，ｋ２３についても同様である。
　図１０は、コア長Ｌ１１，Ｌ２１が３５０，５５０，７５０ｍｍ、コア幅Ｗ１１，Ｗ２１が３５０ｍｍ、巻線長Ｌ１２，Ｌ２２が２５０ｍｍの場合の結合係数ｋ１２のグラフである。図１０に示すように、コア長Ｌ１１，Ｌ２１を変化させた場合であっても、結合係数は、角φが約５０～７０度の間で０になっている。すなわち、ゼロ点は約５０～７０度の範囲に含まれる。これは、結合係数ｋ３４，ｋ１４，ｋ２３についても同様である。
　このように、インダクタユニット１００では、角φを所定の角度に設定することにより、結合係数を０にすることができる。これは、角φが０度から９０度に変化する過程で、結合係数が正の値から負の値に移行するためである。
　また、上述の通り、ゼロ点は、巻線長、コア長、及びコアの有無によらず、５０度以上７０度以下の範囲に含まれる。したがって、このインダクタユニット１００では、角φを５０度以上７０度以下の角度とすることにより、結合係数を０に近づけることが可能である。そして、角φをゼロ点に設定することにより、結合係数を０にすることができる。
　さらに、インダクタユニット１００は、インダクタ１，２が発生させる磁界を逆相とすることにより、結合係数の低下と同時に、漏洩磁界Ｈを低減させることが可能である。
　ここで、図１１は、インダクタユニット１００の漏洩磁界Ｈと角Angleとの関係を示すグラフである。図１１において、Ｈ同相は、巻線１２，２２に同相の電流を流した時の漏洩磁界強度、Ｈ逆相は、巻線１２，２２に逆相の電流を流した時の漏洩磁界強度を示す。本実施形態において、磁束方向Ａ１，Ａ２のなす角度は、０度又は１８０度である。図１１に示すように、インダクタ１，２に逆相の磁界を発生させることにより、漏洩磁界Ｈを低減することができる。
　以上説明した通り、本実施形態に係るインダクタユニット１００によれば、インダクタユニット１００を構成する各インダクタ間の結合係数を低下させる、すなわち、０に近づけるとともに、漏洩磁界Ｈを低減することができる。また、インダクタ１，２の磁束方向Ａ１，Ａ２が一致するため、位置ずれに対する許容範囲の低下を防ぐことができる。さらに、インダクタ１，２の結合係数は、角φの角度に依存するため、インダクタ１，２間の距離が短い場合であっても、結合係数を小さくすることができる。したがって、インダクタ１，２を近接して配置し、インダクタユニット１００の小型化が可能となる。
　なお、インダクタ１，２に逆相の磁界を発生させる場合、例えば、インダクタ１，２の巻線１２，２２を逆向きに巻付け、巻線１２，２２に同相の電流を流せばよい。あるいは、巻線１２，２２を同じ向きに巻付け、巻線１２，２２に逆相の電流を流してもよいし、同相の電流を逆向きに流してもよい。
　図１２は、インダクタユニット１００の変形例を示す平面図である。図１２のインダクタユニット１００では、巻線の中心線がコアの中心線と離間するように配置されている。すなわち、巻線１２は、中心線ＣＬ２と中心線ＣＬ５とがオフセット距離Ｌ２５だけ離間するように配置されている。巻線２２は、中心線ＣＬ４と中心線ＣＬ６とがオフセット距離Ｌ４６だけ離間するように配置されている。
　図１３は、図１２のインダクタユニットにおける結合係数と角φとの関係を示すグラフである。より詳細には、図１３は、コア長Ｌ１１，Ｌ２１が５５０ｍｍ、コア幅Ｗ１１，Ｗ２１が３５０ｍｍ、巻線長Ｌ１２，Ｌ２２が２５０ｍｍ、オフセット距離Ｌ２５，Ｌ４６が２００ｍｍの場合のグラフである。
　図１３に示すように、巻線をオフセットしない場合、ゼロ点は約５５度であるのに対して、巻線をオフセットした場合、ゼロ点は約５０度となっている。このように、コアに対する巻線の位置をオフセットすることにより、ゼロ点の角φの角度を変化させることができる。
　図１４は、本実施形態に係るインダクタユニット１００の他の変形例を示す平面図である。このインダクタユニット１００は、インダクタ１とインダクタ２との間に導体又は磁性体からなる遮蔽板３を備える。より詳細には、遮蔽板３は、インダクタ１，２から形成される磁路の少なくとも一部を遮るように配置される。図１４において、遮蔽板３は、インダクタ１，２にそれぞれ設けられているが、インダクタ１，２の一方のみに設けられていてもよい。
　図１５は、図１４のインダクタユニット１００における結合係数と角φとの関係を示すグラフである。図１５に示すように、インダクタユニット１００に遮蔽板３を設けると、遮蔽効果により結合係数をさらに低下させることができる。
　次に、インダクタユニット１００が搭載される車体に対する、各インダクタの配置について説明する。以下では、車体の前後方向（長さ方向）をＣ１、幅方向（前後方向Ｃ１と垂直な方向）をＣ２、前後方向Ｃ１と平行な車体の中心線をＣＬ７と称する。
　図１６は、インダクタユニット１００の漏洩磁界のシミュレーション結果を示す図である。図１６には、インダクタユニット１００の漏洩磁界強度の等高線が示されている。内側の等高線ほど漏洩磁界強度が高く、外側の等高線ほど漏洩磁界強度が低い。
　図１６からわかるように、漏洩磁界強度は、インダクタユニット１００（交点Ｐ１及び交点Ｐ２の中点）からの距離が一定の場合、直線Ｌ０上で最も高くなる。
　このため、図１６に示すように、インダクタ１の中心線ＣＬ１と、車体３０１の前後方向Ｃ１の中心線ＣＬ７と、が平行となるように、車体３０１に対してインダクタユニット１００を配置すると、車体３０１の側面部分（破線で囲った部分）の漏洩磁界強度が高くなる。車体の側面から漏洩した磁界は、人体に影響を及ぼす恐れがあるため、車体側面の漏洩磁界強度は低い方が好ましい。
　そこで、本実施形態において、インダクタ１，２は、中心線ＣＬ７と直線Ｌ０とのなす角θが、中心線ＣＬ１と直線Ｌ０とのなす角φより、小さくなるように、車体３０１に配置される（０≦θ＜φ）。これにより、直線Ｌ０上の漏洩磁界より相対的に低い強度の漏洩磁界が、車体３０１の側面から漏洩することになるため、車体３０１の側面からの漏洩磁界強度を低下させることができる。
　本実施形態において、角θは、角φより小さい任意の角度とすることができるが、０度であるのが好ましい。これは、角θが０度の場合、すなわち、直線Ｌ０と中心線ＣＬ７とが平行の場合、直線Ｌ０上の高い強度を有する漏洩磁界が、車体３０１の側面から漏洩しなくなるためである。
　図１７は、上記のように配置されたインダクタユニット１００の一例を示す図である。図１７において、インダクタ１，２は、直線Ｌ０と車体３０１の中心線ＣＬ７とが一致するように配置されている。すなわち、直線Ｌ０と中心線ＣＬ７とは平行である（θ＝０）。
　図１７より、角θが０度となるようにインダクタ１，２を配置した場合、図１６の配置に比べて、車体３０１の側面部分（斜線で囲んだ部分）からの漏洩磁界の強度を低下していることがわかる。また、図１７では、直線Ｌ０と中心線ＣＬ７とが一致しているため、車体３０１の両方の側面の漏洩磁界強度が低下している。
　なお、車体３０１の側面のうち、一方の漏洩磁界強度を低下させる必要が無い場合には、中心線ＣＬ７が直線Ｌ０より一方側に位置するように、インダクタ１，２を配置してもよい。これにより、車体３０１の側面のうち、他方側の漏洩磁界強度を低下させることができる。このような場合として、車体３０１の側面のうち、他方側にのみ乗降口が設けられ、一方側に人が近づかないことが想定される場合が考えられる。
　図１８は、本実施形態に係るインダクタユニット１００のさらに他の変形例を示す平面図である。図１８のインダクタユニット１００は、直線上に配列されたＮ個（Ｎ≧３）のインダクタを備える。図１８のインダクタユニット１００において、隣接したインダクタは、上述のインダクタ１，２と同様に配置されている。このため、各インダクタ間の直線Ｌ０は、一致している。
（第２実施形態）
　次に、第２実施形態に係る無線電力伝送装置について、図１９～図２５を参照して説明する。本実施形態に係る無線電力伝送装置は、第１実施形態に係るインダクタユニットを備える。ここでいう無線電力伝送装置には、無線電力伝送のための受電装置及び送電装置が含まれる。以下では、受電装置と送電装置とに分けて説明する。
　図１９は、本実施形態に係る受電装置２１０の概略構成を示すブロック図である。受電装置２１０は、図１９に示すように、第１実施形態に係るインダクタユニット１００と、整流器２１１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１２と、蓄電池２１３とを備える。
　受電装置２１０は、送電側のインダクタから、インダクタユニット１００を介して受電する。受電された電力は、整流器２１１に入力される。
　整流器２１１は、インダクタユニット１００から入力された交流電力を直流電力に整流する。整流器２１１は、例えば、ダイオードを使ったブリッジ回路により構成される。整流器２１１により整流された電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１２に入力される。
　ＤＣ／ＤＣコンバータ２１２は、蓄電池２１３へ適切な電圧がかかるように、電圧を調整する。調整された電圧は、蓄電池２１３に入力される。なお、受電装置２１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１２を備えない構成も可能である。
　蓄電池２１３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１２又は整流器２１１から入力された電力を蓄積する。蓄電池２１３として、鉛蓄電池やリチウムイオン電池など、任意の蓄電池を用いることができる。
　この受電装置２１０は、インダクタユニット１００を介して受電するため、受電時における受電側のインダクタ間の磁気的な結合が小さくなり、電力電送効率の低下が抑制される。したがって、蓄電池２１３を効率的に充電することができる。なお、受電装置２１０は、蓄電池２１３を備えない構成も可能である。
　図２０は、本実施形態に係る送電装置２２０の概略構成を示すブロック図である。送電装置２２０は、図２０に示すように第１実施形態に係るインダクタユニット１００と、交流電源２２１とを備える。
　交流電源２２１は、交流電力をインダクタユニット１００に入力する。例えば、交流電源２２１は、商用電源から電力を入力され、入力された電力を整流し、インバータ回路を用いて、交流電力を出力する。また、交流電源２２１は、商用電力、直流電力、及び交流電力の電圧を調整する回路や、ＰＦＣ回路と呼ばれる力率改善回路を備える構成も可能である。インダクタユニット１００の各インダクタ１，２は、交流電源２２１から入力された電力によって交流磁界を発生させ、受電側のインダクタに送電する。
　この送電装置２２０は、インダクタユニット１００を介して送電するため、送電時における送電側のインダクタ間の磁気的な結合が小さくなり、電力電送効率の低下が抑制される。したがって、交流電源２２１から供給される電力を効率的に送電することができる。
　図２１は、交流電源２２１の一例を示す回路図である。図２１において、交流電源２２１は、インダクタ１に電力を供給する直流電源ＤＣ１と、直流電源ＤＣ１が供給する直流電力を交流に変換するインバータ回路ＩＮＶ１と、インダクタ２に電力を供給する直流電源ＤＣ２と、直流電源ＤＣ２が供給する直流電力を交流に変換するインバータ回路ＩＮＶ２と、を備える。
　インバータ回路ＩＮＶ１，ＩＮＶ２は、単相フルブリッジインバータである。インバータ回路ＩＮＶ１，ＩＮＶ２は、Ｕ相とＶ相とを逆相で駆動する。すなわち、トランジスタＵＨとトランジスタＶＨとを逆相で開閉し、トランジスタＵＬとトランジスタＶＬとを逆相で開閉する。これにより、直流電力を交流電力に変換する。
　図２１の交流電源２２１の場合、インバータ回路ＩＮＶ１とインバータ回路ＩＮＶ２とを逆相で駆動することにより、インダクタ１，２が発生させる磁界を逆相にすることができる。したがって、漏洩磁界Ｈを低減させることができる。なお、図２１において、ＯＵＴ１，ＯＵＴ２は、インダクタ１，２が発生させる磁界の位相を示している。
　交流電源２２１は、２系統の直流電源ＤＣ１，ＤＣ２を共用し、図２２に示すように、１系統の直流電源ＤＣ１により形成されてもよい。図２２において、インバータ回路ＩＮＶ１，ＩＮＶ２は並列に接続されている。この交流電源２２１は、図２１と同様、インバータ回路ＩＮＶ１とインバータ回路ＩＮＶ２とを逆相で駆動することにより、インダクタ１，２が発生させる磁界を逆相にすることができる。
　また、図２３に示すように、インバータ回路ＩＮＶ２とインダクタ２との接続を、図２２と逆にした場合には、インバータ回路ＩＮＶ１とインバータ回路ＩＮＶ２とを同相で駆動することにより、インダクタ１，２が発生させる磁界を逆相にすることができる。
　交流電源２２１は、２つのインバータ回路ＩＮＶ１，ＩＮＶ２を共用し、図２４に示すように、１つのインバータ回路ＩＮＶ１により形成されてもよい。図２４において、インダクタ１，２は、入力方向が逆になるように並列に接続されている。また、図２５の交流電源２２１は、図２４と同様、１つのインバータ回路ＩＮＶ１により形成されており、インダクタ１，２は、入力方向が逆になるように直列に接続されている。これらの交流電源２２１では、インバータ回路ＩＮＶ１を駆動すると、インダクタ１，２が逆相の磁界を発生させる。
　なお、交流電源２２１は、以上の構成に限られず、インダクタユニット１００に交流電力を入力可能な任意の構成とすることができる。
（第３実施形態）
　次に、第３実施形態に係る電動車両について、図２６～図２７を参照して説明する。本実施形態に係る電動車両は、受電装置として、第２実施形態に係る無線電力伝送装置を備える。ここで、電動車両とは、電力、又は電力と燃料との併用、により駆動される車両のことである。電動車両には、電気自動車、ＥＶバス、電車、ＰＨＥＶ(Plug-in Hybrid Electric Vehicle)、及び蓄電池駆動電車などが含まれる。以下では、電動車両がＥＶバスの場合について説明するが、本実施形態に係る電動車両はこれに限られない。
　図２６は、本実施形態に係るＥＶバス３００を示す概略構成図である。図２６に示すように、ＥＶバス３００は、インダクタユニット１００と、整流器２１１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１２と、蓄電池２１３と、車体３０１とを備える。インダクタユニット１００、整流器２１１、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１２、及び蓄電池２１３は、第２実施形態における受電装置２１０を構成する。インダクタユニット１００は、インダクタ１，２の下側（路面側）の表面が路面と対向するように、車体３０１の底部に設けられる。
　このＥＶバス３００は、駐車場などの路面に設置された送電側の無線電力伝送装置から電力を供給され、蓄電池２１３を充電される。ＥＶバス３００は、蓄電池２１３に蓄積された電力により駆動される。ＥＶバス３００は、インダクタユニット１００を介して受電するため、受電時における受電側のインダクタ間の磁気的な結合が小さくなり、電力電送効率の低下が抑制される。したがって、蓄電池２１３を効率的に充電することができる。
　なお、ＥＶバス３００を充電するための送電装置として、第２実施形態に係る送電装置２２０を利用してもよい。この場合、送電装置２２０の各インダクタは、受電装置の各インダクタと対向するように、すなわち、受電装置の直線Ｌ０が送電装置の直線Ｌ０の真上に位置するように、配置されるのが好ましい。
　送電装置２２０は、インダクタユニット１００を介してＥＶバス３００に送電するため、送電時における送電側のインダクタ間の磁気的な結合が小さくなり、電力電送効率の低下が抑制される。したがって、交流電源２２１から供給される電力を効率的にＥＶバス３００に送電することができる。
　図２７は、本実施形態に係るＥＶバス３００の変形例を示す概略構成図である。図２７のＥＶバス３００は、車体フレーム３０３をさらに備える。車体フレーム３０３は、車体３０１の底部に、インダクタ１，２の少なくとも一部を囲むように設けられる。車体フレーム３０３は、インダクタ１，２の下側（路面側）の表面より路面側に突出するように形成される。
　このような構成により、車体３０１の底部が路面に接触した場合であっても、路面側に突出した車体フレーム３０３によりインダクタ１，２を保護することができる。また、車体フレーム３０３を導体や磁性体により形成し、遮蔽板３として用いることも可能である。
　なお、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって種々の発明を形成できる。また例えば、各実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除した構成も考えられる。さらに、異なる実施形態に記載した構成要素を適宜組み合わせてもよい。
１，２：インダクタ、３：遮蔽板、１１，２１：コア、１２，２２：巻線、１３，２３：筐体、１４：ボビン、１００：インダクタユニット、２１０：受電装置、２１１：整流器、２１２：ＤＣ／ＤＣコンバータ、２１３：蓄電池、２２０：送電装置、２２１：交流電源、３００：ＥＶバス、３０１：車体、３０３：車体フレーム、Ａ：磁束方向、ＣＬ：中心線、Ｐ：交点、ＤＣ：直流電源、ＩＮＶ：インバータ回路

Claims (10)

  1. 　第１コアと、前記第１コアの周囲に巻き付けられた第１巻線と、を備えるソレノイド型コイルである第１インダクタと、
    　第２コアと、前記第２コアの周囲に巻き付けられた第２巻線と、を備えるソレノイド型コイルである第２インダクタと、
    を備え、車体に搭載されるインダクタユニットであって、
    　前記第１インダクタ及び前記第２インダクタは、
    　前記第１コアの第１磁束方向と平行な第１中心線と前記第１磁束方向と垂直な第２中心線との第１交点と、前記第２コアの第２磁束方向と平行な第３中心線と前記第２磁束方向と垂直な第４中心線との第２交点と、を結ぶ第１直線と、
    　前記第１中心線と、
    のなす角が０度より大きくかつ９０度より小さくなるように配置され、
    　前記第１磁束方向と前記第２磁束方向とが平行になるように配置され、かつ、
    　前記第１直線と前記車体の前後方向の中心線とのなす角が、前記第１直線と前記第１中心線とのなす角より小さくなるように配置される
    インダクタユニット。
  2. 　前記第１インダクタ及び前記第２インダクタは、前記第１直線と前記車体の前後方向の中心線とが平行になるように配置される
    請求項１に記載のインダクタユニット。
  3. 　前記第１インダクタ及び前記第２インダクタは、前記第１直線と前記車体の前後方向の中心線とが一致するように配置される
    請求項１又は請求項２に記載のインダクタユニット。
  4. 　前記第１インダクタ及び前記第２インダクタは、前記第１直線と前記第１中心線とのなす角が５０度以上７０度以下となるように配置される
    請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のインダクタユニット。
  5. 　前記第１巻線が発生させる磁界と前記第２巻線が発生させる磁界とは逆相である
    請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のインダクタユニット。
  6. 　前記第１巻線を巻付ける向きと前記第２巻線を巻付ける向きとは逆向きである
    請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のインダクタユニット。
  7. 　前記第１巻線に流れる電流と前記第２巻線に流れる電流とは逆相である
    請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のインダクタユニット。
  8. 　前記第１巻線に流れる電流と前記第２巻線に流れる電流とは逆向きである
    請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のインダクタユニット。
  9. 　前記第１巻線は、当該第１巻線の前記第１磁束方向と垂直な第５中心線が、前記第２中心線と離間するように巻付けられる
    請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載のインダクタユニット。
  10. 　請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載のインダクタユニットを車体の底部に備える電動車両。
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