特許 5957976 非接触給電装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5957976

(24)【登録日】2016年7月1日

(45)【発行日】2016年7月27日

(54)【発明の名称】非接触給電装置

(51)【国際特許分類】

   H01F 38/14 20060101AFI20160714BHJP

   B60M 7/00 20060101ALI20160714BHJP

   H02J 50/10 20160101ALI20160714BHJP

【ＦＩ】

   H01F38/14

   B60M7/00 X

   H02J50/10

【請求項の数】10

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2012-51593(P2012-51593)

(22)【出願日】2012年3月8日

(65)【公開番号】特開2013-187378(P2013-187378A)

(43)【公開日】2013年9月19日

【審査請求日】2015年2月3日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003997

【氏名又は名称】日産自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000486

【氏名又は名称】とこしえ特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】成瀬 有二

(72)【発明者】

【氏名】東島 尚秋

【審査官】 五貫 昭一

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−１８７５８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−４７７０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１２５９７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−７２０７４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｆ ３８／１４

Ｂ６０Ｍ ７／００

Ｈ０２Ｊ ５０／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

受電コイルに対して非接触で磁気的な結合により電力を供給する送電コイルと、磁性体とを備えた非接触給電装置において、
前記送電コイルは、
同一平面上に並べられ、長手方向をもつ第１コイル及び第２コイルを有し、
前記第１コイル及び第２コイルは、
互いの配線の一部を隣接させて、巻回方向を互いに逆方向にして、互いに導通させたコイルであり、
前記磁性体は、
前記送電コイルの一対の表面のうち、前記受電コイルと対向する前記送電コイルの対向面に対して反対側の表面上に配置され、前記同一平面と平行な面に沿って形成された第１磁性体及び第２磁性体を有し、
前記第１磁性体と前記第２磁性体との間に、前記第１磁性体及び前記第２磁性体より透磁率を低くした低透磁率部を前記長手方向に沿って備えた
ことを特徴とする非接触給電装置。

【請求項2】

前記低透磁率部の少なくとも一部は、
前記同一平面の法線方向及び矩形状のコイル面をもつ前記第１コイル及び第２コイルの幅方向に沿う断面において、前記第１コイルの内側の配線部と、前記第２コイルの内側の配線部との間の中心線の線上に配置されている
ことを特徴とする請求項１記載の非接触給電装置。

【請求項3】

前記低透磁率部は、
前記断面において、前記低透磁率部の前記幅方向への長さを、前記第１コイルの外側の配線部と前記第２コイルの外側の配線部との間の長さより短くする
ことを特徴とする請求項２記載の非接触給電装置。

【請求項4】

前記磁性体は、
前記第１磁性体と前記第２磁性体との間に、前記同一平面と平行な面に沿って形成された第３磁性体を有し、
前記低透磁率部は、
前記第１磁性体と前記第３磁性体との間に配置された第１低透磁率部及び前記第２磁性体と前記第３磁性体との間に配置された第２低透磁率部を有する
ことを特徴とする請求項１記載の非接触給電装置。

【請求項5】

前記第３磁性体の少なくとも一部は、
前記同一平面の法線方向及び前記第１コイル及び第２コイルの幅方向に沿う断面において、前記第１コイルの内側の配線部と、前記第２コイルの内側の配線部との間の中心線の線上に配置されている
ことを特徴とする請求項４記載の非接触給電装置。

【請求項6】

前記第１低透磁率部及び前記第２低透磁率部は、
前記中心線に対して線対称に配置されている
ことを特徴とする請求項５記載の非接触給電装置。

【請求項7】

前記中心線から前記第１低透磁率部及び前記第２低透磁率部までの距離は、
前記中心線から前記第１コイルの内側の配線部及び前記第２コイルの内側の配線部までの距離より長い
ことを特徴とする請求項５又は６記載の非接触給電装置。

【請求項8】

前記磁性体の一対の表面のうち、前記送電コイルと対向する前記磁性体の対向面に対して反対側の表面上に、絶縁層を介して設けられた導体層をさらに備え、
前記導体層は、
前記同一平面と平行な面方向で、前記送電コイルより広くなるよう形成されている
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の非接触給電装置。

【請求項9】

前記低透磁率部を挟む、前記第１磁性体の端部の厚さ及び前記第２磁性体の端部の厚さは、前記第１磁性体の端部以外の部分の厚さ及び前記第２磁性体の端部以外の部分の厚さより厚い
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の非接触給電装置。

【請求項10】

前記磁性体は、
前記送電コイルの一対の表面のうち、前記受電コイルと対向する表面上に配置され、前記同一平面と平行な面に沿って形成された第４磁性体及び第５磁性体と、
前記第１コイル及び第２コイルのコイル面をそれぞれ通る第６磁性体及び第７磁性体とを有し、
前記第１磁性体、前記第４磁性体及び前記第６磁性体が一体に形成され、
前記第２磁性体、前記第５磁性体及び前記第７磁性体が一体に形成され、
前記第１磁性体及び前記第２磁性体は、前記同一平面と平行な面に沿う方向で、前記第４磁性体及び前記第５磁性体より内側に配置されている
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の非接触給電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、非接触給電装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

鉄道車両用非接触給電システムにおいて、軌道上に敷設される鉄道レール間に配置される８の字形状の給電コイルと、この給電コイルに給電する高周波電源と、前記鉄道レールを走行する鉄道車両の底部に配置され、前記８の字形状の給電コイルに走行時に対向する８の字形状の集電コイルと、この集電コイルに接続されるコンバータと、このコンバータに接続される充電式電池とを備え、前記給電コイルに対する前記集電コイルの相対的移動により前記集電コイルからの出力を前記充電式電池に充電するようにしたものが知られている（特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０−１２５９７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、地上側コイルから発生する磁束のうち多くの磁束が車両側の集電コイルを鎖交せず、漏れ磁束が多くなるという問題があった。

【0005】

本発明が解決しようとする課題は、漏れ磁束を抑制する非接触給電装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、送電コイルの一対の表面のうち、受電コイルと対向する送電コイルの対向面の反対側に形成された第１磁性体及び第２磁性体を有し、第１磁性体と第２磁性体と間に、第１磁性体及び第２磁性体より透磁率を低くした低透磁率部を備えることによって上記課題を解決する。

【発明の効果】

【0007】

本発明は、受電コイルと対向する送電コイルの対向面に対して反対側で、前記複数のコイルのうち一方のコイルから他方のコイルに向かって通る磁束が減少するため、漏れ磁束を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の実施形態に係る非接触給電装置の斜視図である。

【図2】図１のII-II線に沿う断面図である。

【図3】図１の送電側のコイルの斜視図である。

【図4】図３のIV-IV線に沿う断面図である。

【図5】比較例１に係るコイルの磁束の様子を説明する断面図である。

【図6】比較例２に係るコイルの磁束の様子を説明する断面図である。

【図7】比較例３に係るコイルの磁束の様子を説明する断面図である。

【図8】図１のコイルの磁束の様子を説明する断面図である。

【図9】本発明の他の実施形態に係る非接触給電装置の送電部の断面図である。

【図10】図９のコイルの磁束の様子を説明する断面図である。

【図11】本発明の他の実施形態に係る非接触給電装置の送電部の断面図である。

【図12】本発明の他の実施形態に係る非接触給電装置の送電部の断面図である。

【図13】本発明の他の実施形態に係る非接触給電装置の送電部の断面図である。

【図14】図１３のコイルの磁束の様子を説明する断面図である。

【図15】磁場解析の条件として、送電側のコイルから３ｍ円周を説明するための図である。

【図16】図１５の円周上の角度に対する磁束密度の特性を示すグラフである。

【図17】３ｍ地点の磁束密度に対する結合係数の特性を示すグラフである。

【図18】コイル間の位置ずれ量に対する結合係数の特性を示すグラフである。

【図19】実施例１及び比較例１の自己インダクタンスを示すグラフである。

【図20】磁場解析の条件として、送電側のコイルから５ｍ円周を説明するための図である。

【図21】図２０の円周上の角度に対する磁束密度の特性を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

【0010】

《第１実施形態》
図１は、本発明の実施形態に係る非接触給電装置の斜視図である。図２は、図１のII-II線に沿う断面のうち、送電側の構成を示す断面図である。本例の非接触給電装置は、例えば、車両に搭載されたバッテリに対して非接触で充電する装置として用いられる。以下、本例の非接触給電装置を車両用の給電装置として適用した例を説明するが、車両以外の他の装置に適用してもよい。

【0011】

非接触給電装置は、送電部１００と受電部２００とを備えている。送電部１００は地上側に設けられ、受電部２００は車両側に設けられる。送電部１００は、コイル１０と、磁性体２０と、遮蔽板３０とを備えている。コイル１０は、受電部２００の受電用のコイル４０との間で、非接触で磁気的な結合により電力を供給する送電コイルである。コイル１０は、道路などの地上に設けられ、コイル１０の幅方向の長さは、車両の車幅より短い。

【0012】

ここで、図３、図４を用いて、コイル１０の構成を説明する。図３はコイル１０の斜視図を、図３のIV-IV線に沿う断面図である。コイル１０は、図３の紙面上で右側に配置されたコイル１１と、左側に配置されたコイル１２とを有し、コイル１１及びコイル１２は同一平面上で並べられている。コイル１１は、矩形状のコイル面をもち、当該コイル面状で複数回、巻回されている。コイル１２は、コイル１１と同形状で、矩形状のコイル面をもち、当該コイル面状で複数回、巻回されている。またコイル１１とコイル１２は隙間を空けつつ、互いに隣接している。コイル１１及びコイル１２は８の字形状に巻回されている。なお、コイル面は、配線により１巻のコイルが形成される面を示し、後述するように本例では、配線の一部に段差を設けているため、当該段差による高さを含めてコイル面としてもよい。

【0013】

コイル１０の全体は、上記のコイル面と同一面上でみた時に、短辺及び長辺をもった矩形状になるように形成されている。また短辺に対して長辺は十分に長くなっている。そして、当該同一面上でみたときに、コイル１０の頂点部分に、コイルの引出線１３１、１３２が設けられている。引出線１３１とコイル１１とを導通するための配線部１３３は、引出線１３１から屈曲して、コイル１０の短辺に沿うよう当該短辺の中心部分まで形成され、引出線１３１から延在した配線である。

【0014】

ここで、コイル１０の長手方向（コイル１０の長辺に沿う方向）をＸ方向とし、コイル１０の幅方向（コイル１０の短辺に沿う方向）をＹ方向とし、コイル１０のコイル面の法線方向をＺ方向とする。

【0015】

コイル１１は、配線部１１１〜１１８を有している。配線部１１１は、配線部１３３の端部からコイル１０の長辺方向（図３の負側のＸ方向）に屈曲して、当該端部から延在した配線である。配線部１１２は、配線部１１１の端部からコイル１０の短辺方向（図３の正側のＹ方向）に屈曲して、コイル１１を形成するよう、当該端部から延在した配線である。配線部１１３は、配線部１１２の端部からコイル１０の長辺方向（図３の正側のＸ方向）に屈曲し、配線部１１１の延在方向（図３の負側のＸ方向）と反対側の方向（図３の正側のＸ方向）に延在した配線部である。配線部１１４は、配線部１１３の端部から屈曲し、配線部１１２の延在方向（図３の正側のＹ方向）と反対側の方向（図３の負側のＹ方向）に延在した配線である。これにより、配線１１１〜１１４で、１回巻のコイルが形成される。配線部１１５〜１１８は、配線部１１１〜１１４と同様に、矩形状のコイルを形成する配線である。

【0016】

コイル１２は、配線部１２１〜１２７を有している。配線部１２１は、配線部１１８の端部からコイル１０の（図３の負側のＸ方向）に屈曲して、当該端部から延在した配線である。配線部１２２は、配線部１２１の端部からコイル１０の短辺方向（図３の負側のＹ方向）に屈曲して、コイル１２を形成するよう、当該端部から延在した配線である。配線部１２３は、配線部１２２の端部からコイル１０の長辺方向（図３の正側のＸ方向）に屈曲し、配線部１２１の延在方向（図３の負側のＸ方向）と反対側の方向（図３の正側のＸ方向）に延在した配線部である。配線部１２４は、配線部１２３の端部から屈曲し、配線部１２２の延在方向（図３の負側のＹ方向）と反対側の方向（図３の正側のＹ方向）に延在した配線である。これにより、配線１２１〜１２４で、１回巻のコイルが形成される。配線部１２５〜１２７は、配線部１２１〜１２３と同様に矩形状のコイルの一部を形成する配線である。

【0017】

各配線部１１１〜１１８、１２１〜１２７は、互いに交差しないように、それぞれの両端で段差をつけて、コイルの高さを変えている。また引出線１３１から引出線１３２までのコイル１１及びコイル１２を形成する配線部１１１〜１１８、１２１〜１２７は、分岐しておらず、一本の直線で角柱状の配線をつなぎ合わせることで、コイル１１、１２が形成されている。なお、コイル１１、１２の配線は、一本の導線でもよく、あるいは複数の導線を捻ることで形成されてもよい。

【0018】

また、配線部１１１、１１３、１１５、１１７、１２１、１２３、１２５、１２７は、同一平面上に形成されている。これにより、コイル１１とコイル１２が同一平面上で隣接する位置で並べられている。また、コイル１１及びコイル１２は、コイル１０の中央部分で接続されており、配線部１１８と配線部１２１により接続されている。

【0019】

図４に示すように、ＹＺ面の断面において、コイル１１の内側の配線が、配線部１１１、１１５となり、コイル１１の外側の配線が配線部１１３、１１７となる。また、コイル１２の内側の配線が配線部１２１、１２５となり、コイル１１の外側の配線が配線部１２３、１２７となる。

【0020】

コイル１１の巻回方向は時計回りの方向であり、コイル１２の巻回方向は反時計回りの方向である。すなわち、コイル１１の巻回方向とコイル１２の巻回方向は互いに逆方向になっている。引出線１３１から引出線１３２に電流を流すと、ある時刻において、配線部１１１、１１５に図３の負側のＸ軸方向に電流が流れた場合には、配線部１１３、１１７には図３の正側のＸ軸方向に電流が流れ、配線部１２１、１２５には図３の負側のＸ軸方向に電流が流れ、配線部１２３、１２５には図３の正側のＸ軸方向に電流が流れる。

【0021】

図１、２に戻り、磁性体２０は、コイル１０の上下面である一対の表面（Ｚ方向を法線とする表面）のうち、受電側のコイル２０と対向する対向面と反対側の表面上に設けられている。磁性体２０は、鉄（電磁鋼）などの磁性材料で、板状に形成されている。磁性体２０は、コイル１０の表面（下面）に対して、隙間を空けた状態で配置されている。磁性体２０は、一枚の板状の磁性材の部材を分割することで形成された、２枚の磁性体である磁性体２１及び磁性体２２を備えている。磁性体２１及び磁性体２２はそれぞれ板状に形成され、同一平面上に隣り合って配置されている。

【0022】

図２に示すように、コイル１０のコイル面の法線方向（Ｚ方向）及びコイル１０の幅方向（Ｙ方向）に沿う断面（ＹＺ面）において、磁性体２１の一端は配線部１１５の一端の下部に配置され、磁性体２１の他端は配線部１１３の端部に配置されている。磁性体２２の一端は配線部１２１の下部に配置され、磁性体２１の他端は配線部１２７の下部に配置されている。すなわち、磁性体２１はコイル１１のコイル面の下方から、所定の間隔を空けつつ、当該コイル面を覆うように配置され、磁性体２２はコイル１２のコイル面の下方から、所定の間隔を空けつつ、当該コイル面を覆うように配置されている。

【0023】

磁性体２１と磁性体２２との間には、隙間８０が配置されており、隙間８０は磁性体２１、２２の透磁率より低くなっている。そのため、隙間８０は磁性体２０の透磁率より低い透磁率をもつ部分となる。隙間８０は、図２のＹＺ面の断面において、コイル１１の内側の配線である配線部１１５と、コイル１２の内側の配線である配線部１２１との間の中心線Ａ（言い換えると、コイル１０の中心軸の線）の線上に配置されている。また、隙間８０は、図２のＹＺ面の断面において、Ｙ方向への隙間８０の長さを、配線部１１３と配線部１２７との間の長さより短くする。

【0024】

遮蔽板３０は、磁性体２０の上下面である一対の表面のうち、コイル１０と対向する対向面と反対側の表面上に設けられている。遮蔽板３０は、アルミニウムなどの導体で、板状に形成されている。遮蔽板３０は、磁性体２０の下面に対して、隙間を空けた状態で配置されている。遮蔽板３０は、コイル１０のコイル面を含む平面と平行な平面において、コイル１０及び磁性体２０より広くなるよう形成されている。いいかえると、磁性体２０と対向する遮蔽板３０の対向面の面積は、遮蔽板３０と対向する磁性体２０の対向面の面積より大きい。

【0025】

次に、受電部２００について説明する。コイル４０は、車両のシャーシに設けられている。コイル４０の形状は、コイル１０と同様の形状で、縮小させた形になっている。磁性体５０は、コイル４０の上面に所定の間隔を空けて配置されている。遮蔽板６０は、磁性体５０の上面に所定の間隔を空けた配置されており、車両のシャーシに相当する。そして、コイル４０を備えた車両が、コイル１０を配置された道路を走行すると、コイル４０がコイル１０に対して所定の間隔を空けつつ、相対的に移動する。

【0026】

コイル１０には、図示しない電源から交流電源が供給され、コイル１０の上側にコイル４０が配置されると、コイル１０からコイル４０へ、非接触で給電される。そして、車両に設けられたバッテリ（図示しない）が、給電された電力により充電される。

【0027】

ここで、本例の非接触給電装置を車両用に適用した場合における、結合係数及び漏れ磁束について説明する。非接触給電装置において、二次側への供給電力を高くするためには、送電効率を向上させて、また外部への磁束の影響を低減させることが求められる。そして、本例のような非接触で磁気的な結合により電力を供給する方式では、送電効率を向上させるために、コイル１０とコイル４０との間の磁気結合を高めなければならない。

【0028】

コイル１０、４０間の送電効率をη、結合係数をκとするとコイルのＱ値との間には、以下の式（１）の関係が成立する。

【数1】

そして、式（１）より、送電効率を向上させるには、結合係数（κ）またはＱ値を高くすることが必要である。

【0029】

またＱ値は、角周波数（ω）、自己インダクタンス（Ｌ）、抵抗値（Ｒ）を用いて、以下の式（２）で表わされる。

【数2】

式（２）より、自己インダクタンス（Ｌ）の増加または抵抗値（Ｒ）の低減させることで、送電効率を向上することができる。

【0030】

上記のように本例の非接触給電装置は、走行または停止中、車両側に電力を供給するために、車両の進行方向に対して、地上側のコイル１０を車両側のコイル４０と比較して非常に長くなるように構成されている。これは、地上側のコイルを小さくして、複数のコイルを車両の長さに合わせ、複数のコイルを配置した場合には、各コイルを制御するインバータの数が多くなる、という問題があるためである。その一方、地上側のコイル１０を車両側のコイル４０と比較して非常に長くした場合には、以下の問題が発生する。

【0031】

第一に、コイル１０、４０間の鎖交磁束とコイルから発生する磁束の比である結合係数κが大幅に低下し、送電効率が悪化する。また、結合係数（κ）が０．０２以下となると制御が困難になり、相手コイル４０を検出することができない場合がある。

【0032】

第二に、地上側のコイル１０が発生する磁束のほとんど（約９０%以上）が車両側のコイル４０を鎖交せず漏れ磁束となってしまい、磁気ガイドラインや電波法をクリアすることが困難になる。

【0033】

そのため、本例は、上記のように、送電部１００を構成することで、漏れ磁束の低減、特に地上側コイルで車両が対向していない部分においての漏れ磁界の低減を図る。

【0034】

次に、図５〜図８を用いて、比較例のコイルと本実施形態に係るコイルの磁束の様子を説明する。図５〜７は比較例１〜３に係るコイルの磁束の様子を説明する図であり、図８は本発明に係るコイルの磁束の様子を説明する図である。図５〜図８は、非接触給電装置の送電部１００の断面図であり、図２の断面図と同様の断面である。なお、図８において、説明を容易にするため遮蔽板３０を省略している。

【0035】

比較例１は図３に示すコイル１０のみを送電側に設けている。比較例２は、図３に示すコイル１０と、１枚の板状の磁性体３０１（隙間８０を有していない磁性体）を送電側に設けている。比較例３は、図６のコイル１０及び磁性体３０１に、遮蔽板３０を送電側に加えている。なお、図５〜図８において、コイル１０の上部に記されている記号は電流の向きを表している。また図５〜図８に示す磁束は、送電側のコイルのみに一定電流を流した時に発生する磁束線図である。

【0036】

図５に示すように、比較例１では、コイル１２からの磁束が、配線部１１１、１１５、１２１、１２５の上部を通ってコイル１１に入り、また、コイル１２の外側に配置された配線１２３、１２７で短絡している。同様に、コイル１１の外側に配置された配線１１３、１１７でも、コイル１１からの磁束が短絡している。

【0037】

図６に示すように、比較例２では、コイル１２からの磁束が、磁性体３０１の下面側を通ってコイル１１に入っている。また、比較例１で、コイル１１、１２の外側に配置された配線部１１３、１１７、１２３、１２７で短絡していた磁束は、比較例２では、磁性体３０１で遮断されるため、コイル１２からの磁束が、配線部１２３、１２７を回り込んで磁性体３０１の下側に戻り、磁性体３０１の下側を通って、配線部１１３、１１７を回り込んで、コイル１１に入っている。

【0038】

図７に示すように、比較例３では、比較例２と比較して、コイル１２から配線部１２３、１２７を回り込んだ磁束は、磁性体３０１の下面と遮蔽板３０の上面との間に入り込んでコイル１１に戻りつつ、遮蔽板３０の下側を通ってコイル１１に戻る。

【0039】

コイル１１、１２の外側の配線部１１３、１１７、１２３、１２７で短絡していた短絡磁束が、比較例２、３では、磁性体３０１、遮蔽板３０で遮断されるため、磁束のループが大きくなり、コイル２０のコイル面に対して平行な面に沿う方向（図６、７のＹ方向）への漏れ磁束が増大になっている。磁石を例にして説明すると、比較例２、３では、磁性体３０１のうちコイル１２と対向する部分をＮ極とすると、磁性体３０１のうちコイル１１と対向する部分がＳ極のようになって、磁束が発生している。すなわち、比較例２、３では、送電部１００の外部への磁束が増加している。

【0040】

図８に示すように、本発明では、磁性体３０の下面において、コイル１１から磁性体２１を介して出た磁束が、磁性体２２を介してコイル１２に入っている。しかしながら、コイル１１、１２の下面側と比較して、コイル１１、１２の上面側の磁束が多くなっている。本例では、磁性体２１と磁性体２２との間に隙間８０を設けているため、磁性体２１、２２の上面、下面の極性がそれぞれ変わり、図８では、磁性体２１の上面がＳ極に下面がＮ極に、磁性体２２の上面がＮ極に下面がＳ極になる。そのため、磁性体２１、２２の下面に沿って貫く（図８のＹ方向に横断する）磁束が発生しにくくなるため、磁性体２１、２２の下面側への漏れ磁束を防ぐことができる。その結果として、コイル１１からコイル１２への漏れ磁束が減少する。

【0041】

上記のように、本発明は、コイル１０のコイル面に対して平行な面に沿って、磁性体２１、２２を設けて、磁性体２１と磁性体２２との間に、磁性体２１、２２より透磁率を低くした隙間８０を設ける。これにより、本例は、コイル１０で発生する磁束量について、受電側のコイル４０と対向する側への磁束量を低減することなく、コイル１０のコイル面に沿う方向への磁束量、及び、磁性体２１、２２と対向する側への磁束量を低減することができる。その結果として、コイル４０と対向するコイル１０の対向面に対して反対側で、コイル１１からコイル１２に向かって通る磁束を減少することができるため、漏れ磁束を抑制することができる。

【0042】

また本例は、図４のＹＺ面による断面において、配線部１１５と配線部１２１との間の中心線Ａの線上に隙間８０の一部が配置されている。これにより、極性の異なる磁性体２１、２２が、コイル１１、１２にそれぞれ対向して配置されるため、コイル４０と対向するコイル１０の対向面に対して反対側で、コイル１１からコイル１２に向かって通る磁束を減少することができるため、漏れ磁束を抑制することができる。

【0043】

また本例は、図４のＹＺ面による断面において、隙間８０の幅方向への長さを、配線部１１３、１１７と配線部１２３、１２７との間の長さより短くする。これにより、コイル４０と対向するコイル１０の対向面に対して反対側で、コイル１１からコイル１２に向かって通る磁束を減少することができるため、漏れ磁束を抑制することができる。

【0044】

なお、本例では、隙間８０を、コイル１１とコイル１２との中央部分に配置したが、コイル１１のコイル面またはコイル１２のコイル面と対向する位置に配置してもよい。この際、図２のＹ方向において、磁性体２１の長さと磁性体２２の長さは異なる長さとなる。

【0045】

また本例は、磁性体２１、２２に対して透磁率の低い部分を隙間８０で形成したが、隙間８０の代わりに、磁性体２１、２２の透磁率より透磁率の低い材料（例えばアルミニウムなど）で形成してもよい。この際、磁性体２１と磁性体２２との間に、低透磁率の材料で形成された部材を狭持させればよい。

【0046】

上記のコイル１０が本発明の「送電コイル」に相当し、磁性体２１が本発明の「第１磁性体」に相当し、磁性体２２が本発明の「第２磁性体」に相当し、隙間８０及び隙間８０と対応する低透磁率の材料で形成された部材が本発明の「低透磁率部」に相当する。

【0047】

《第２実施形態》
図９は、発明の他の実施形態に係る非接触給電装置の送電部の断面図である。本例では、第１実施形態に対して、磁性体２３と隙間８１、８２を設けている点が異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであるため、その記載を適宜、援用する。

【0048】

磁性体２３は、磁性体２１、２２と同材料で板状に形成されている。磁性体２３は、磁性体２１と磁性体２２との間に、両端に所定の間隔を空けつつ配置されている。また、磁性体２３の少なくとも一部分は、ＹＺ方向の断面において、配線部１１５と配線部１２１との間の中心線Ａの線上に配置されている。すなわち、磁性体２１〜２３は、一枚の板状の磁性材料の部材を二分割することで形成された、３枚の磁性体である。

【0049】

磁性体２１と磁性体２３との間には隙間８１が配置されており、磁性体２２と磁性体２３との間には隙間８２が配置されている。隙間８１、８２は磁性体２１〜２３の透磁率より低くなっている。そのため、隙間８１、８２は磁性体２１〜２３の透磁率より低い透磁率をもつ部分となる。また隙間８１、８２は、中心線Ａに対して線対称になるよう配置されている。さらに、ＹＺ面の断面において、中心線Ａから隙間８１、８２までの距離は、中心線Ａから配線部１１１、１１５、１２１、１２５までの距離より長くなっている。

【0050】

次に、図１０を用いて、本実施形態に係るコイルの磁束の様子を説明する。図１０は、非接触給電装置の送電部１００の断面図であり、図２の断面図と同様の断面である。

【0051】

本発明では、実施形態１に係る発明と同様に、コイル１１、１２の下面側と比較して、コイル１１、１２の上面側の磁束が多く、磁性体２１、２２の表面に沿って貫く（図８のＹ方向に横断する）磁束が発生しにくくなっている。また、図８に示した１つの隙間８０の状態から、隙間８０を二分割した隙間８１、８２を磁性体２１、２２の端部へ動かしていくと（図１０を参照）、磁束線図が比較例１に近い状態（図５を参照）から比較例２の状態（図６を参照）に近づいていることがわかる。すなわち、隙間８１、８２を２カ所にし、磁性体２３を設けることで、磁性体２０の中央部分で磁気抵抗が低くなるため、コイル１２からコイル１１への磁束量が増加する。また、実施形態１に係る発明と同様に、漏れ磁束も低減されている。

【0052】

上記のように、本例は、磁性体２１と磁性体２３との間に隙間８１を配置し、磁性体２２と磁性体２３との間に隙間８２を配置する。これにより、本例では漏れ磁束を低減することができる。また、磁性体２０の中央部分で磁気抵抗が低くなるため、鎖交磁束を増加させることができる。

【0053】

また本例は、磁性体２３の少なくとも一部を中心線Ａの線上に配置する。本例は、隙間８１、８２を中心線Ａに対して線対称に配置する。本例は、ＹＺ面の断面において、中心線Ａから隙間８１、８２までの距離を、中心線Ａから配線部１１１、１１５、１２１、１２５までの距離より長くする。これにより、中心線Ａの部分で磁気抵抗を低くすることができるため、鎖交磁束を増加させることができる。

【0054】

また本例は、磁性体２１〜２３に対して透磁率の低い部分を隙間８１、８２で形成したが、隙間８１、８２の代わりに、磁性体２１、２２の透磁率より透磁率の材料（例えばアルミニウムなど）で形成してもよい。この際、磁性体２１と磁性体２３との間及び磁性体２２と磁性体２３との間に、低透磁率の材料で形成された部材をそれぞれ狭持させればよい。

【0055】

上記の磁性体２３が本発明の「第３磁性体」に、隙間８１が本発明の「第１透磁率部」に、隙間８２が本発明の「第２低透磁率部」に相当する。

【0056】

《第３実施形態》
図１１は、発明の他の実施形態に係る非接触給電装置の送電部の断面図である。本例では、第２実施形態に対して、遮蔽板３０を設けている点が異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであり、第１〜第３実施形態の記載を適宜、援用する。

【0057】

遮蔽板３０は、磁性体２１〜２３の上下面である一対の表面のうち、コイル１０と対向する対向面と反対側の表面上に設けられている。遮蔽板３０は、アルミニウムなどの導体で、板状に形成されている。遮蔽板３０は、磁性体２１〜２３の下面に対して、所定の隙間を空けた状態で配置されている。遮蔽板３０は、コイル１０のコイル面を含む平面と平行な平面において、コイル１０及び磁性体２０より広くなるよう形成されている。そして、磁性体２１〜２３と遮蔽板３０との間の所定の隙間により、絶縁部９０が形成される。これにより、遮蔽板３０が導体層になり、絶縁部９０が絶縁層になる。

【0058】

上記のように、本例は、磁性体２１〜２３の一対の表面のうち、コイル１０と対向する磁性体２１〜２３の対向面に対して反対側の表面上に、絶縁部９０を介して、遮蔽板３０を設ける。また、本例において、遮蔽板３０は、コイル１０のコイル面を含む平面と平行な平面（図２のＸＹ面）において、コイル１０より広くなるよう形成されている。これにより、コイル１０の、磁性体２１〜２３側への漏れ磁束を遮蔽板３０により遮断することができる。

【0059】

また、本例の送電部１００を地上側の道路に設けると、市街地などでは道路に金属配管が設置されていたり、橋架部や高架部に建設された道路の下側に金属導体が配置されたりする場合がある。かかる場合には、本例は、遮蔽板３０を設けることで、コイル１０に対して地上側への磁束漏れを抑え、当該金属配管等への磁束漏れによる影響を防ぐことができる。

【0060】

《第４実施形態》
図１２は、発明の他の実施形態に係る非接触給電装置の送電部の断面図である。本例では、第１実施形態に対して、磁性体２１及び磁性体２２の一部の端部の形状が異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであるため、その記載を適宜、援用する。

【0061】

磁性体２１の両端のうち、中心線Ａ側の端部２１１の厚さ（Ｚ方向への長さ）は他の部分の厚さより厚くなっている。また、磁性体２２の両端のうち、中心線Ａ側の端部２１２の厚さ（Ｚ方向への長さ）は他の部分の厚さより厚くなっている。そして、隙間８０は、磁性体２１の厚くなっている端部２１１と磁性体２２の厚くなっている端部２２１との間に挟まれている。

【0062】

磁性体２０に隙間８０を形成すると、磁気抵抗が増加し鎖交磁束が低下するが、本例は、端部２１１と端部２２１との間に挟まれた隙間８０において、端部２１１、２２１と接する面の面積を広くするため、隙間８０の周囲の磁気抵抗を低くすることができ、鎖交磁束の低減を抑制することができる。

【0063】

《第５実施形態》
図１３は、発明の他の実施形態に係る非接触給電装置の送電部の断面図である。本例では、第１実施形態に対して、磁性体２０の構成が異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであり、第１〜第４実施形態の記載を適宜、援用する。

【0064】

磁性体２０は、磁性体２１、２２、２４、２５、２６、２７を有している。磁性体２１、２４、２６は一体に形成され、磁性体２２、２５、２７は一体に形成されている。磁性体２１、２２、２４、２５、２６、２７は、磁性材料により、板状に形成されている。

【0065】

磁性体２１は、コイル１１の表面のうち、コイル４０と対向する対向面と反対側の表面（コイル１１の下面）上の一部に配置され、配線部１１１、１１５の下部に配置されている。磁性体２４は、コイル４０と対向するコイル１１の対向面上の一部に配置され、配線部１１３、１１７の上部に配置されている。磁性体２６はコイル１１のコイル面を通り、磁性体２１の端部と磁性体２４の端部とを接続するように形成されている。磁性体２６の長手方向（図１３のＺ軸方向）は、コイル１１のコイル面の法線方向と平行になっている。磁性体２１、２４は、コイル面と平行な面に沿うよう形成されている。

【0066】

磁性体２２は、コイル１２の表面のうち、コイル４０と対向する対向面と反対側の表面（コイル１２の下面）上の一部に配置され、配線部１２１、１２５の下部に配置されている。磁性体２５は、コイル４０と対向するコイル１２の対向面上の一部に配置され、配線部１２３、１２７の上部に配置されている。磁性体２７はコイル１２のコイル面を通り、磁性体２２の端部と磁性体２５の端部とを接続するように形成されている。磁性体２７の長手方向（図１３のＺ軸方向）は、コイル１２のコイル面の法線方向と平行になっている。磁性体２２、２５は、コイル面と平行な面に沿うよう形成されている。

【0067】

磁性体２０のうち、コイル１１側に配置される磁性体２１、２４、２６は、コイル１１のコイル面に対して上下面で段差の形状になるように配置され、コイル１２側に配置される磁性体２２、２５、２７は、コイル１２のコイル面に対して上下面で段差の形状になるように配置されている。また、ＹＺ面において、磁性体２１、２２は、磁性体２４、２５より内側（Ｙ方向で、磁性体２４、２５より内側）に配置され、言い換えると、磁性体２１、２２はより中心軸Ａに近い側に配置されている。磁性体２１と磁性体２２との間に、隙間８０が形成される。そして、磁性体２４はコイル１１の上側のギャップ面に配置され、磁性体２５はコイル１２の上側のギャップ面に配置されている。

【0068】

次に、図１４を用いて、本実施形態に係るコイルの磁束の様子を説明する。図１４は、非接触給電装置の送電部１００の断面図であり、図１３の断面図と同様の断面である。

【0069】

図１４に示すように、磁性体２５から磁束が発生し、磁性体２４に入っているため、鎖交磁束が増大している。また、コイル１１、１２の内側の配線部１１１、１１５、１２１、１２５の下部には、磁性体２１、２２が配置されているため、コイル１１、１２のコイル面の上面の磁束が短絡することなく、循環している。そのため、鎖交磁束の減少が抑制されている。

【0070】

上記のように、本例はコイル１１のコイル面の上面の上に磁性体２４を配置し、コイル１２のコイル面の上面の上に磁性体２５を配置する。これにより、コイル１１、１２のギャップ面を通過する磁束の磁気抵抗を低減することができる。また本例は、磁性体２１、２２を配線部１１１、１１５、１２１、１２５の下部に配置する。これにより、磁性体２０の中央部分で、コイル１１とコイル１２との間を通る短絡磁束を低減することができる。さらに、本例は、磁性体２６、２７をコイル１１、１２のコイル面をそれぞれ通るよう配置することで、磁性体２０はコイル面に対して上下面で段差の形状に形成する。これにより、コイル１０及び磁性体２０のＺ方向への高さを抑えることができるため、送電部１００を薄くすることができる。

【0071】

上記の磁性体２４、２５、２６、２７が本発明の「第４磁性体」、「第５磁性体」、「第６磁性体」及び「第７磁性体」に相当する。

【実施例】

【0072】

以下、本発明をさらに具現化した実施例及び比較例により本発明の効果を確認した。以下の実施例及び比較例は、上述した実施形態における漏洩磁束の低下効果を確認するためのものである。

【0073】

＜実施例１＞
実施例１では、実施形態１において説明した図１〜図４に示すような、コイル１０、磁性体２０及び遮蔽板３０を次の条件で設計した。コイル１０の幅（図２のＹ方向の長さ）を２９５ｍｍ、コイル１１の幅を１４２．５ｍｍ、コイル１２の幅を１４２．５ｍｍ、コイル１１とコイル１２との間隔の幅を１０ｍｍ、磁性体２０の幅（図２のＹ方向で、磁性体２１の外縁から磁性体２２の外縁までの長さ）を２９５ｍｍ、隙間８０の幅を１０ｍｍ、遮蔽板３０の幅を４１５ｍｍとした。また磁性体２０には鉄を用い、遮蔽板３０にはアルミニウムを用いた。

【0074】

また、受電側のコイル４０、磁性体５０、遮蔽板６０の、それぞれの幅は、上記の送電側と同様にした。コイル４０の形状はコイル１０の形状と同様であるが、磁性体５０には、磁性体２０のように隙間８０を形成していない。

【0075】

＜実施例２＞
実施形態３において説明した図１１に示すような、コイル１１、磁性体２０及び遮蔽板３０を次の条件で設計した。コイル１０の幅を２９５ｍｍ、コイル１１の幅を１４２．５ｍｍ、コイル１２の幅を１４２．５ｍｍ、コイル１１とコイル１２との間隔の幅を１０ｍｍ、磁性体２０の幅（図１１のＹ方向で、磁性体２１の外縁から磁性体２２の外縁までの長さ）を２９５ｍｍ、隙間８１、８２の幅を５ｍｍ、遮蔽板３０の幅を４１５ｍｍとした。また磁性体２０には鉄を用い、遮蔽板３０にはアルミニウムを用いた。

【0076】

受電側の構成は、実施例１と同様である。

【0077】

＜比較例１＞
比較例１では、実施形態１の比較例１として説明した図５に示すように、送電側の構成を、実施例１、２のコイル１０のみの構成とし、磁性体及び遮蔽板を備えてない。受電側の構成は、実施例１と同様である。

【0078】

＜比較例２＞
比較例２では、実施形態１の比較例２として説明した図６に示すように、送電側の構成を、実施例１、２のコイル１０と、隙間８０を有さない磁性体３０１とを備えた構成とし、遮蔽板を備えてない。受電側の構成は、実施例１と同様である。

【0079】

＜比較例３＞
比較例３では、実施形態１の比較例３として説明した図７に示すように、送電側の構成を、実施例１、２のコイル１０と、隙間８０を有さない磁性体３０１と、実施例１、２の遮蔽板３０を備えた構成とした。受電側の構成は、実施例１と同様である。

【0080】

まず、図１５に示すように送電側のコイルから３ｍ円周上での送電側のコイルの磁束分布を図１６に示す。ただし、送電側のコイルへの入力電流は一定にした。なお、３ｍの円周は、送電側のコイルの長手方向（図１のＸ方向）の中心を円の中心として、ＹＺ面上に描いた円となる。図１６の横軸は、図１５のＺ軸を０度として、ＹＺ面の円周上に半時計回りで、Ｚ軸に対する角度を示している。また縦軸は磁束密度を表わしており、磁束密度が低いほど漏れ磁束が少なくなる。

【0081】

比較例１では、全周で最も磁束密度が小さくなったが、鎖交磁束が小さいため、漏れ磁束も小さくなっているにすぎない。比較例２では、全角度で磁束密度が高くなった。比較例３では、コイルの上面（角度０度または３６０度付近）で磁束密度が高く、コイルの下面（角度１８０度付近）では遮蔽板の遮蔽効果により磁束が低くなったが、コイルのコイル面に沿う方向（角度９０、２７０度付近）では実施例１、２と比較して、磁束密度が高くなった。

【0082】

一方、実施例１では、全角度で磁束密度が抑制されており、漏れ磁束の低減を確認することができた。また実施例２では、隙間を２か所設けることで、コイルの上面では磁束密度を高めつつ、それ以外の角度では磁束密度を抑え、漏れ磁束が低減されていることが確認できた。

【0083】

次に、図１５、図１６と同様に、３ｍ地点での磁束密度（コイル面に沿う方向（角度９０、２７０度付近）の磁束密度）と結合係数を評価した。なお、結合係数を評価する際、コイル１０とコイル４０とを正対させた状態（対向させた状態）にし、コイル間に１５０ｍｍのギャップを設けた。図１７に示すように、３ｍ地点の磁束密度を横軸に、結合係数を縦軸にとる。

【0084】

比較例１では、磁束密度が小さいが結合係数も小さいため、鎖交磁束が低いことが分かる。比較例２、３では、結合係数が高いが、磁束密度も高いため、漏れ磁束が多くなっていた。一方、実施例１では、漏れ磁束を抑えつつ、比較例１より結合係数を増加できていることが確認できた。

【0085】

次に、コイルの幅方向（Ｙ方向）への位置ずれに対して、結合係数を評価した。図１８は、送電側のコイルの中心点と、受電側のコイルの中心点とが同軸上にある場合をゼロとし、Ｙ方向に受電側のコイルをずらした場合の結合係数の特性を示す。コイル間の位置ずれが無い状態で、実施例１の結合係数は、比較例１の結合係数に対して、２２パーセント増加しており、コイル間の位置ずれが１００ｍｍの場合には、実施例１の結合係数は、比較例１の結合係数に対して、４４パーセント増加した。ゆえに、実施例１は、比較例１に対して、幅方向のコイルの位置ずれに対して、結合係数を向上させている、ことが確認できた。

【0086】

次に、送電側のコイルの自己インダクタンスを評価した。図１９に示すように、実施例１の自己インダクタンスは、比較例１に対して、２９パーセント増加した。これにより、実施例１は、コイルのＱ値を増加させて、送電効率を増加できることが確認できた。

【0087】

最後に、図２０に示すように送電側のコイルから５ｍ円周上での送電側のコイルの磁束分布を磁場解析した結果を図２１に示す。なお、当該５ｍ円周は、図１５で示した３ｍ円周と同様である。またコイル間が正対しており、出力を２ｋＷとした。これにより、実施例１では、比較例１に対して、漏れ磁束の低減効果が確認できた。なお、コイル間に位置ずれが生じた場合には、比較例１と実施例１との漏れ磁束の磁束密度の差は、さらに広がる。

【0088】

以上のように、実施例１、２では、比較例に対して、結合係数が増加し、漏洩磁束が低下することが確認できた。

【符号の説明】

【0089】

１００…送電部
１０…コイル
１１…コイル
１１１〜１１８…配線部
１２…コイル
１２１〜１２８…配線部
１３１、１３２…引出線
１３３…配線部
２０〜２７…磁性体
３０…遮蔽板
８０、８１、８２…隙間
２００…受電部
４０…コイル
５０…磁性体
６０…遮蔽板
３０１…磁性体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】