特許 6138504 送電装置および受電装置

(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】6138504

(24)【登録日】2017年5月12日

(45)【発行日】2017年5月31日

(54)【発明の名称】送電装置および受電装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/10 20160101AFI20170522BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20170522BHJP

   B60M 7/00 20060101ALI20170522BHJP

   B60L 5/00 20060101ALI20170522BHJP

   B60L 11/18 20060101ALI20170522BHJP

   H01F 38/14 20060101ALI20170522BHJP

   H01M 8/04 20160101ALN20170522BHJP

   H01M 8/00 20160101ALN20170522BHJP

【ＦＩ】

   H02J50/10

   H02J7/00 P

   H02J7/00 301D

   H02J7/00 301E

   B60M7/00 X

   B60L5/00 B

   B60L11/18 C

   H01F38/14

   !H01M8/04 Z

   !H01M8/00 A

   !H01M8/00 Z

【請求項の数】8

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2013-20567(P2013-20567)

(22)【出願日】2013年2月5日

(65)【公開番号】特開2014-155250(P2014-155250A)

(43)【公開日】2014年8月25日

【審査請求日】2016年2月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】504190548

【氏名又は名称】国立大学法人埼玉大学

(74)【代理人】

【識別番号】100100918

【弁理士】

【氏名又は名称】大橋 公治

(72)【発明者】

【氏名】市川 真士

(72)【発明者】

【氏名】小松 雅行

(72)【発明者】

【氏名】阿部 茂

(72)【発明者】

【氏名】金子 裕良

【審査官】 宮本 秀一

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０９−０６５５０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２４１８２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１８３８１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２０００３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０５０１２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０９７６７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１７２０８４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６０Ｌ１／００−１３／００、

１５／００−１５／４２

Ｂ６０Ｍ１／００−７／００

Ｈ０１Ｆ５／００−５／０６、

３８／１４、

３８／１８、

４１／００−４１／０４、

４１／０８、

４１／１０

Ｈ０１Ｍ８／００、

８／０２−８／０２０２、

８／０２７１、

８／０４、

８／０４０８２、

８／０４１１９−８／０４１８６、

８／０４２２５−８／０４２２８、

８／０４３０２−８／０４３０３、

８／０４７０１−８／０４７９１、

８／０４８５８、

８／０６−８／０６１２、

８／０６６２、

８／０８、

８／１０、

８／１２、

８／１４−８／２４、

８／２４７、

８／２４８４−８／２４８５

Ｈ０２Ｊ７／００−７／１２、

７／３４−７／３６、

５０／００−５０／９０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両に搭載された受電装置の二次コイルを備えるコアに対向する、一次コイルを備えるコアを有し、前記受電装置に非接触で電力を送電する送電装置であって、
前記受電装置のコアは、前記二次コイルが巻回される平板状の細幅部と、該細幅部の両端に在って前記細幅部とＨ字状を形成するように配置された、前記二次コイルが巻回されない太幅部と、を有する磁性体で形成されたＨ型コアから成り、前記Ｈ型コアの前記細幅部に巻回された前記二次コイルの巻回軸が車両の前後方向を向くように車両に搭載され、
前記送電装置は、
磁性体で形成されたコアと、
前記コアの周りに巻回される複数の一次コイルと、
前記複数の一次コイルの一部を選択して電源に接続するコイル選択部と、
を備え、
前記送電装置のコアは、
前記受電装置の前記細幅部と略等しい形状を有し、車両の前後方向に直線状に配列された複数の細幅部と、
前記複数の細幅部の配列における両端位置及び隣接する前記細幅部の中間位置にそれぞれ配置された、前記受電装置の前記太幅部と略等しい形状の複数の太幅部と、
を有し、
前記複数の細幅部と前記複数の太幅部とが直線に沿って交互に、且つ、前記受電装置のＨ型コアの長さを超えて配置され、
前記複数の太幅部には一次コイルが巻回されず、前記複数の細幅部の各々には前記一次コイルが巻回され、
前記コイル選択部が、前記複数の細幅部の一つに巻回された前記一次コイルを選択して電源に接続する送電装置。

【請求項2】

請求項１に記載の送電装置であって、前記複数の細幅部の数が３以上である送電装置。

【請求項3】

車両に搭載された受電装置の二次コイルを備えるコアに対向する、一次コイルを備えるコアを有し、前記受電装置に非接触で電力を送電する送電装置であって、
前記受電装置のコアは、前記二次コイルが巻回される平板状の細幅部と、該細幅部の両端に在って前記細幅部とＨ字状を形成するように配置された、前記二次コイルが巻回されない太幅部と、を有する磁性体で形成されたＨ型コアから成り、前記Ｈ型コアの前記細幅部に巻回された前記二次コイルの巻回軸が車両の前後方向を向くように車両に搭載され、
前記送電装置は、
磁性体で形成されたコアと、
前記コアの周りに巻回される複数の一次コイルと、
前記複数の一次コイルの一部を選択して電源に接続するコイル選択部と、
を備え、
前記送電装置のコアは、
前記受電装置の前記細幅部の形状と比べて車両の前後方向のサイズが半分の形状を有し、車両の前後方向に直線状に配列された複数の細幅部と、
前記複数の細幅部の配列における両端位置及び隣接する前記細幅部の中間位置のそれぞれに配置された、前記受電装置の前記太幅部と略等しい形状の複数の太幅部と、
を有し、
前記複数の細幅部と前記複数の太幅部とが直線に沿って交互に、且つ、前記受電装置のＨ型コアの長さを超えて配置され、
前記複数の太幅部には一次コイルが巻回されず、前記複数の細幅部の各々には前記一次コイルが巻回され、
前記コイル選択部が、前記複数の細幅部の隣接する二つに巻回された前記一次コイルを選択して電源に接続する送電装置。

【請求項4】

請求項３に記載の送電装置であって、前記複数の細幅部の数が６以上である送電装置。

【請求項5】

車両に搭載され、送電装置の一次コイルを備えるコアに対向する、二次コイルを備えるコアを有し、前記送電装置から非接触で電力を受電する受電装置であって、
前記送電装置のコアは、前記一次コイルが巻回される平板状の細幅部と、該細幅部の両端に在って前記細幅部とＨ字状を形成するように配置された、前記一次コイルが巻回されない太幅部と、を有する磁性体で形成されたＨ型コアから成り、前記Ｈ型コアの前記細幅部に巻回された前記一次コイルの巻回軸が車両の前後方向を向くように地上側に設置され、
前記受電装置は、
磁性体で形成されたコアと、
前記コアの周りに巻回される複数の二次コイルと、
前記複数の二次コイルの一部を選択して負荷に接続するコイル選択部と、
を備え、
前記受電装置のコアは、
前記送電装置の前記細幅部と略等しい形状を有し、車両の前後方向に直線状に配列された複数の細幅部と、
前記複数の細幅部の配列における両端位置及び隣接する前記細幅部の中間位置にそれぞれ配置された、前記送電装置の前記太幅部と略等しい形状の複数の太幅部と、
を有し、
前記複数の細幅部と前記複数の太幅部とが直線に沿って交互に、且つ、前記送電装置のＨ型コアの長さを超えて配置され、
前記複数の太幅部には二次コイルが巻回されず、前記複数の細幅部の各々には前記二次コイルが巻回され、
前記コイル選択部が、前記複数の細幅部の一つに巻回された前記二次コイルを選択して負荷に接続する受電装置。

【請求項6】

請求項５に記載の受電装置であって、前記複数の細幅部の数が３以上である受電装置。

【請求項7】

車両に搭載され、送電装置の一次コイルを備えるコアに対向する、二次コイルを備えるコアを有し、前記送電装置から非接触で電力を受電する受電装置であって、
前記送電装置のコアは、前記一次コイルが巻回される平板状の細幅部と、該細幅部の両端に在って前記細幅部とＨ字状を形成するように配置された、前記一次コイルが巻回されない太幅部と、を有する磁性体で形成されたＨ型コアから成り、前記Ｈ型コアの前記細幅部に巻回された前記一次コイルの巻回軸が車両の前後方向を向くように地上側に設置され、
前記受電装置は、
磁性体で形成されたコアと、
前記コアの周りに巻回される複数の二次コイルと、
前記複数の二次コイルの一部を選択して負荷に接続するコイル選択部と、
を備え、
前記受電装置のコアは、
前記送電装置の前記細幅部の形状と比べて車両の前後方向のサイズが半分の形状を有し、車両の前後方向に直線状に配列された複数の細幅部と、
前記複数の細幅部の配列における両端位置及び隣接する前記細幅部の中間位置にそれぞれ配置された、前記送電装置の前記太幅部と略等しい形状の複数の太幅部と、
を有し、
前記複数の細幅部と前記複数の太幅部とが直線に沿って交互に、且つ、前記送電装置のＨ型コアの長さを超えて配置され、
前記複数の太幅部には二次コイルが巻回されず、前記複数の細幅部の各々には前記二次コイルが巻回され、
前記コイル選択部が、前記複数の細幅部の隣接する二つに巻回された前記二次コイルを選択して負荷に接続する受電装置。

【請求項8】

請求項７に記載の受電装置であって、前記複数の細幅部の数が６以上である受電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、送電装置および受電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、非接触で受電装置に電力を送電する送電装置や、非接触で送電装置から電力を受電する受電装置などが各種提案されている。

【0003】

このような提案の一つとして、特開２０１１−５０１２７号公報（特許文献１）には、Ｈ型コアを採用し、コアの細幅部に巻線を巻回した受電部が開示されている。

【0004】

また、特開２０１０−２３９７７７号公報に記載された無線電力装置は、送電コイルと受電コイルとの結合状態に応じて、受電コイルと電力取出コイルとの結合状態を変化させている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１１−５０１２７号公報

【特許文献2】特開２０１０−２３９７７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

受電装置と送電装置との位置関係は、常に一定に保つことは難しい。たとえば車両などに非接触給電を適用する場合には、駐車位置や車両のコイル搭載位置によって受電装置と送電装置との位置関係が給電時毎に変化することも考えられる。携帯型の端末等への非接触給電であっても、受電装置に端末を置く位置を合わせることは面倒である。

【0007】

給電時に受電コイルと受電コイルとの結合状態が改善されるように、特開２０１１−５０１２７号公報に記載のＨ型コアに巻回されたコイルをコイル長やコイル位置を選択可能な構成とすることも考えられる。しかし、たとえば、１つのＨ型コアに位置を変えて複数のコイルを巻回する場合には、コイル端部とＨ型コアの太幅部との距離が遠くなるコイルもある。そのようなコイルが選択された場合、Ｈ型コアの太幅部によって磁界結合がよくなるというＨ型コアの利点を享受することができない。

【0008】

この発明の目的は、Ｈ型コアの利点とコイル長またはコイル位置調整可能なコイル構成の利点とをともに享受可能な送電装置および受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】

【0009】

この発明は、車両に搭載された受電装置の二次コイルを備えるコアに対向する、一次コイルを備えるコアを有し、受電装置に非接触で電力を送電する送電装置であって、
受電装置のコアは、二次コイルが巻回される平板状の細幅部と、この細幅部の両端に在って細幅部とＨ字状を形成するように配置された、二次コイルが巻回されない太幅部と、を有する磁性体で形成されたＨ型コアから成り、Ｈ型コアの細幅部に巻回された二次コイルの巻回軸が車両の前後方向を向くように車両に搭載され、
送電装置は、
磁性体で形成されたコアと、
コアの周りに巻回される複数の一次コイルと、
複数の一次コイルの一部を選択して電源に接続するコイル選択部と、
を備え、
送電装置のコアは、
受電装置の細幅部と略等しい形状を有し、車両の前後方向に直線状に配列された複数の細幅部と、
複数の細幅部の配列における両端位置及び隣接する細幅部の中間位置にそれぞれ配置された、受電装置の太幅部と略等しい形状の複数の太幅部と、
を有し、
複数の細幅部と複数の太幅部とが直線に沿って交互に、且つ、受電装置のＨ型コアの長さを超えて配置され、
複数の太幅部には一次コイルが巻回されず、複数の細幅部の各々には一次コイルが巻回され、
コイル選択部が、複数の細幅部の一つに巻回された一次コイルを選択して電源に接続するように構成されている。

【0010】

また、本発明の送電装置は、コアが、受電装置の細幅部の形状と比べて車両の方向のサイズが半分の形状を有し、車両の前後方向に直線状に配列された複数の細幅部と、複数の細幅部の配列における両端位置及び隣接する細幅部の中間位置のそれぞれに配置された複数の太幅部とが直線に沿って交互に、且つ、受電装置のＨ型コアの長さを超えて配置されるようにしてもよい。

【0013】

また、本発明は、車両に搭載され、送電装置の一次コイルを備えるコアに対向する、二次コイルを備えるコアを有し、前記送電装置から非接触で電力を受電する受電装置であって、
送電装置のコアは、一次コイルが巻回される平板状の細幅部と、この細幅部の両端に在って細幅部とＨ字状を形成するように配置された、一次コイルが巻回されない太幅部と、を有する磁性体で形成されたＨ型コアから成り、Ｈ型コアの細幅部に巻回された一次コイルの巻回軸が車両の前後方向を向くように地上側に設置され、
受電装置は、
磁性体で形成されたコアと、
コアの周りに巻回される複数の二次コイルと、
複数の二次コイルの一部を選択して負荷に接続するコイル選択部と、
を備え、
受電装置のコアは、
送電装置の細幅部と略等しい形状を有し、車両の前後方向に直線状に配列された複数の細幅部と、
複数の細幅部の配列における両端位置及び隣接する細幅部の中間位置にそれぞれ配置された、送電装置の太幅部と略等しい形状の複数の太幅部と、
を有し、
複数の細幅部と複数の太幅部とが直線に沿って交互に、且つ、送電装置のＨ型コアの長さを超えて配置され、
複数の太幅部には二次コイルが巻回されず、複数の細幅部の各々には前記二次コイルが巻回され、
コイル選択部が、複数の細幅部の一つに巻回された二次コイルを選択して負荷に接続するように構成される。

【0014】

また、本発明の受電装置は、コアが、送電装置の細幅部の形状と比べて車両の方向のサイズが半分の形状を有し、車両の前後方向に直線状に配列された複数の細幅部と、複数の細幅部の配列における両端位置及び隣接する細幅部の中間位置のそれぞれに配置された複数の太幅部とが直線に沿って交互に、且つ、送電装置のＨ型コアの長さを超えて配置されるようにしてもよい。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、Ｈ型コアの利点を生かしつつ、送受電の相手方の位置またはコイル長の変化に対応可能な送電装置および受電装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】実施の形態１に係る電力伝送システム、車両、受電装置および送電装置などを示す図である。

【図2】図１の送電部５６のより詳細な構成を示した図である。

【図3】車両におけるコイルユニット２４の搭載向きについて示した図である。

【図4】標準的なＨ型コアに巻回された一次コイルおよび二次コイルの大きさや形状を説明するための側面図である。

【図5】標準的なＨ型コアに巻回された一次コイルおよび二次コイルの大きさや形状を説明するための上面図である。

【図6】コイルユニットに発生する磁束を説明するための斜視図である。

【図7】コイルユニットの磁束の通過経路を説明するための断面図である。

【図8】図２に示した実施の形態１のコイルユニットを送電側に配置した断面図である。

【図9】実施の形態１の変形例のコイルユニットを送電側に配置した断面図である。

【図10】実施の形態１のコイルユニットのコイルのＸ方向の位置ずれと結合係数の変化との関係を示した図である。

【図11】実施の形態２に係る電力伝送システム、車両、受電装置および送電装置などを模式的に示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、図面を参照して、本実施の形態について説明する。なお、以下に複数の実施の形態について説明するが、各実施の形態で説明された構成を適宜組み合わせることは出願当初から予定されている。なお、実質的に同一の構成については同一の符号を付してその説明を繰返さない場合がある。

【0019】

［実施の形態１］
図１は、実施の形態１に係る電力伝送システム、車両、受電装置および送電装置などを示す図である。

【0020】

本実施の形態１に係る電力伝送システムは、車両１０と、送電装置５１とを含む。車両１０の受電装置１１は、主に、送電装置５１から電力を受電する。

【0021】

駐車スペース５２には、車両１０を所定の位置に停車させるように、輪止や駐車位置および駐車範囲を示すラインが設けられている。

【0022】

送電装置５１は、外部電源５３に接続された高周波電力ドライバ５４と、高周波電力ドライバ５４などの駆動を制御する制御部５５と、高周波電力ドライバ５４に接続された送電部５６と、通信部５７とを含む。

【0023】

図１において、車両１０は、通信部９と、車両本体１０Ａと、車両本体１０Ａに設けられた受電装置１１と、受電装置１１に接続された整流器１３と、この整流器１３に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ１４と、このＤＣ／ＤＣコンバータ１４に接続されたバッテリ１５と、パワーコントロールユニット（ＰＣＵ（Power Control Unit））１６と、このパワーコントロールユニット１６に接続されたモータユニット１７と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４やパワーコントロールユニット１６などの駆動を制御する車両ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１２とを備える。

【0024】

そして、整流器１３と、コンバータ１４と、バッテリ１５とによって、外部から電力を受電して、バッテリ１５に蓄電する受電ユニット１８が形成される。

【0025】

車両本体１０Ａは、エンジンコンパートメントや乗員収容室が内部に形成されたボディと、このボディに設けられたフェンダなどの外装部品とを備える。車両１０は、前輪１９Ｆと、後輪１９Ｂとをさらに備える。

【0026】

なお、本実施の形態１においては、エンジンを備えたハイブリッド車両について説明するが、本発明の適用対象は、ハイブリッド車両には限られない。たとえば、エンジンを備えていない電気自動車やエンジンに替えて燃料電池を備えた燃料電池車両などにも本発明を適用してもよい。

【0027】

整流器１３は、受電装置１１に接続されており、受電装置１１から供給される交流電流を直流電流に変換して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４に供給する。

【0028】

ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は、整流器１３から供給された直流電流の電圧を調整して、バッテリ１５に供給する。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は必須の構成ではなく省略してもよい。この場合には、送電装置５１にインピーダンスを整合するための整合器を送電部５６と高周波電力ドライバ５４との間に設けることで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の代用をすることができる。また、トランスの巻数比を用いる方法でＤＣ／ＤＣコンバータ１４の代用をしてもよい。

【0029】

パワーコントロールユニット１６は、バッテリ１５に接続されたコンバータと、このコンバータに接続されたインバータとを含む。コンバータは、バッテリ１５から供給される直流電流を調整（昇圧）して、インバータに供給する。インバータは、コンバータから供給される直流電流を交流電流に変換して、モータユニット１７に供給する。なお、コンバータを含まず、バッテリからインバータに直接電圧が供給される構成としても良い。

【0030】

モータユニット１７は、たとえば、三相交流モータなどが採用されており、パワーコントロールユニット１６のインバータから供給される交流電流によって駆動する。

【0031】

受電装置１１は、受電部２０を含む。受電部２０は、コイルユニット２４と、このコイルユニット２４に接続されたキャパシタ２３とを含む。コイルユニット２４は、フェライトコア２１と、フェライトコア２１に巻回された二次コイル２２とを含む。なお、受電部２０においても、キャパシタ２３は、必須の構成ではない。二次コイル２２は、整流器１３に接続されている。なお、特に図示しないが、二次コイル２２およびキャパシタ２３によって閉ループを形成し、二次コイル２２により受電された交流電力を電磁誘導により二次コイル２２から取出して整流器１３へ出力するコイルを別途設けてもよい。

【0032】

なお、キャパシタ２３は、共振回路の固有周波数を調整するために設けられるものであり、一次コイル５８および二次コイル２２の浮遊容量を利用して所望の固有周波数が得られる場合には、キャパシタ２３を設けない構成としてもよい。なお、二次コイル２２とキャパシタ２３とが並列に接続されているが、二次コイル２２とキャパシタ２３とを直列に接続するようにしてもよい。

【0033】

送電部５６は、キャパシタ３３と、コイル選択部３２と、コイルユニット３１とを含む。後に図２で説明するが、コイルユニット３１には複数の一次コイルが含まれている。

【0034】

図１のように、車両１０が停車した後における送電装置５１の動作について簡単に説明する。車両１０が停車すると車両１０は、通信部９から送電装置５１の通信部５７に、二次コイル２２の大きさや車両上の搭載位置などに関する情報を送信する。二次コイル２２の大きさに関する情報には、巻回軸線の延びる方向における二次コイル２２の長さが含まれる。搭載位置に関する情報は、二次コイル２２の車両上の搭載位置が車両の前方部、中央部、後方部のいずれであるかを示す数値などを含む。送電装置５１では、制御部５５が送信された情報に基づき、一次コイルの選択をコイル選択部３２に実行させる。

【0035】

図２は、図１の送電部５６のより詳細な構成を示した図である。図２を参照して、送電部５６は、キャパシタ３３と、コイル選択部３２と、コイルユニット３１とを含む。送電部５６には、外部電源５３から高周波電力ドライバ５４および整合器６０を経て電力が与えられる。

【0036】

コイルユニット３１は、磁性体で形成されたコア７０と、コア７０の周りに巻回される複数の一次コイルＬ１〜Ｌ３とを含む。コイル選択部３２は、一次コイルＬ１〜Ｌ３の一部を選択して負荷または電源に接続することにより、給電に用いるコイルのコイル長またはコイル位置を調整可能である。

【0037】

コア７０は、巻線が巻回されない複数の太幅部７１〜７４と、複数の太幅部７１〜７４の間に形成され、太幅部７１〜７４の各々よりも幅が狭く、一次コイルＬ１〜Ｌ３の巻線がそれぞれ巻回される複数の細幅部８１〜８３とを含む。

【0038】

コイル選択部３２は、コイルＬ１を選択する際に導通されるスイッチ９１と、コイルＬ２を選択する際に導通されるスイッチ９２と、コイルＬ３を選択する際に導通されるスイッチ９３とを含む。コイル選択部３２によってコイルＬ１〜Ｌ３のいずれか１つが選択される。

【0039】

コイルＬ１〜Ｌ３の各々は、コア７０に対する巻回位置がそれぞれ異なるため、同じ巻き数では自己インダクタンスが異なってしまう。自己インダクタンスが異なると、自己共振周波数も変動するので、キャパシタ３３の容量値Ｃｓも変えるほうが好ましい。しかしキャパシタ３３にもスイッチ９１〜９３のような切替可能な構成を設けると構成が複雑化し、送電部５６の部品点数も増える。

【0040】

したがって、コイルＬ１〜Ｌ３は、自己インダクタンスが等しくなるようにコイルのコア７０に対する位置によって巻回数（ターン数）Ｔが調整されている。たとえば図２の構成では、コア７０の両端に位置するコイルＬ１およびＬ３のターン数は１６Ｔであり、コア７０の中央にあるコイルＬ２のターン数は１４Ｔに設定されている。これによって、キャパシタ３３の容量値Ｃｓは共通の値とすることができ、キャパシタ３３をコイルＬ１〜Ｌ３に共通して使用することができる。

【0041】

図３は、車両におけるコイルユニット２４の搭載向きについて示した図である。図５に示すように、コイルユニット２４は車両の前後方向Ｘに沿って巻回軸が向くように配置される。

【0042】

図４は、標準的なＨ型コアに巻回された一次コイルおよび二次コイルの大きさや形状を説明するための側面図である。

【0043】

図４を参照して、コイルユニット２４とコイルユニット３０は、上下方向ＺにエアギャップＡＧを介して対向して配置されている。車両側のコイルユニット２４は電磁波遮蔽用の背面板２０２と、コア２０４とコア２０４に巻回されたコイル２０６とを含む。

【0044】

送電装置側のコイルユニット３０は電磁波遮蔽用の背面板２１２と、コア２１４とコア２１４に巻回されたコイル２１６とを含む。

【0045】

図５は、標準的なＨ型コアに巻回された一次コイルおよび二次コイルの大きさや形状を説明するための上面図である。なお、図４のコイルユニット２４とコイルユニット３０は同じ形状であるため、図５についてはコイルユニット３０についてのみ寸法を示し、コイルユニット２４の対応する部分の説明は繰返さない。

【0046】

図４、図５を参照して、コイルユニット３０は、背面板２１２と、コア２１４と、コイル２１６とを含む。コア２１４は、太幅部２２２，２２６と、細幅部２２４とを含む。細幅部２２４にはコイル２１６が巻回される。太幅部２２２，２２６は、コイルは巻回されず、受電部と対抗する面は磁束の通り道となる。コア２１４はフェライトなどの磁性材料で形成される。コイル２１６は、銅線などを使用することが好ましい。

【0047】

背面板２１２は、左右方向（幅方向）Ｙが６００ｍｍ、前後方向Ｘが６００ｍｍの大きさである。太幅部２２２，２２６の幅方向Ｙのサイズは各々３００ｍｍである。太幅部２２２，２２６の前後方向Ｘのサイズは各々４０ｍｍである。細幅部２２４の幅方向Ｙのサイズは１５０ｍｍである。細幅部２２４の前後方向Ｘのサイズは２４０ｍｍであり、その中央の部分（２３０ｍｍ）にコイル２０６が巻回されている。

【0048】

図６は、コイルユニットに発生する磁束を説明するための斜視図である。図７は、コイルユニットの磁束の通過経路を説明するための断面図である。

【0049】

図６、図７を参照して、送電側のコイルユニット３１は一次コイル２１６を含み、受電側のコイルユニット２４は二次コイル２０６を含む。一次コイル２１６は、Ｈ型平板状の磁性材で形成されたコア２１４に巻回される。二次コイル２０６は、Ｈ型平板状の磁性材で形成されたコア２０４に巻回される。

【0050】

コイルユニット２４および３１の各々では、磁性材に巻回されたコイルの中央部分（磁性材内部）に磁束が通る。一次コイル２１６の一方端から他方端に向けてコア２１４の内部を通った磁束は、二次コイル２０６の一方端に向かい、二次コイル２０６の一方端から他方端に向けてコア２０４の内部を通り、一次コイル２１６の一方端に戻る。送電ユニットには交流電流が流れるので、コイルに流れる電流の向きが反転すると磁束の向きも反転する。

【0051】

図８は、図２に示した実施の形態１のコイルユニットを送電側に配置した断面図である。図８において、受電側に配置されるコイルユニット２４については、図４、図５で示した場合と同じ（１コイルのＨ型コア）であるので、ここでは説明は繰返さない。

【0052】

図８を参照して、コイルユニット３１は、図４、図５で説明した標準的なＨ型コアに巻回されたコイルユニットを前後方向Ｘに縦に３台並べたような構成を有する。

【0053】

コイルユニット３１は、背面板３１２と、コア３１４と、複数の一次コイル３１６，３１８，３２０とを含む。背面板３１２の前後方向Ｘのサイズは、１１６０ｍｍであり、複数の一次コイル３１６，３１８，３２０がそれぞれ巻回されているコア３１４の細幅部の前後方向Ｘのサイズは２４０ｍｍであり、コア３１４のコイルが巻回されていない太幅部の前後方向Ｘのサイズは４０ｍｍである。

【0054】

左右方向Ｙのサイズについては、図５に示した場合と同様であり、背面板の左右方向Ｙのサイズは、６００ｍｍであり、コアの太幅部のサイズは３００ｍｍであり、コアの細幅部のサイズは１５０ｍｍである。

【0055】

図２および図８に示したコイルユニットのコア３１４の形状は、太幅部と細幅部とが交互に配置された形状（フィッシュボーン（fishbone）形状）である。

【0056】

図９は、実施の形態１の変形例のコイルユニットを送電側に配置した断面図である。図９において、受電側に配置されるコイルユニット２４については、図４、図５で示した場合と同じであるので、ここでは説明は繰返さない。

【0057】

図９を参照して、コイルユニット４０１は、図４、図５で説明したコイルユニットの前後方向Ｘのサイズが半分のコイルユニットを前後方向Ｘに縦に６台並べたような構成を有する。

【0058】

コイルユニット４０１は、背面板４１２と、コア４１４と、複数の一次コイル４１６，４１８，４２０，４２２，４２４，４２６とを含む。背面板３１２の前後方向Ｘのサイズは、１２８０ｍｍであり、複数の一次コイル４１６，４１８，４２０，４２２，４２４，４２６がそれぞれ巻回されているコア４１４の細幅部の前後方向Ｘのサイズは１２０ｍｍであり、コア４１４のコイルが巻回されていない太幅部の前後方向Ｘのサイズは４０ｍｍである。

【0059】

左右方向Ｙのサイズについては、図５に示した場合と同様であり、背面板の左右方向Ｙのサイズは、６００ｍｍであり、コアの太幅部のサイズは３００ｍｍであり、コアの細幅部のサイズは１５０ｍｍである。

【0060】

図１０は、実施の形態１のコイルユニットのコイルのＸ方向の位置ずれと結合係数の変化との関係を示した図である。図１０において、横軸には、Ｘ方向（車両前後方向）の送電ユニットと受電ユニットの位置ずれ量（ｍｍ）が示され、縦軸には、結合係数ｋが示される。

【0061】

グラフＧ１は、図４、図５に示した標準的な１コイルのＨ型コアを送電側および受電側の両方に配置した場合の特性を示すグラフである。位置ずれ量０ｍｍとなる基準点は、図４に示すようにコア同士が完全に正対する状態である。グラフＧ１では、位置ずれ量０ｍｍの時に結合係数ｋが最も大きくなり、Ｘ方向の位置ずれが３００ｍｍに至るまで、位置ずれ量が大きくなるほど結合係数も小さくなることが示されている。

【0062】

グラフＧ２は、図８に示すように、標準的な１コイルのＨ型コアを受電側に配置し、３コイルが巻回されたフィッシュボーン形状のコアを送電側に配置した場合の特性を示すグラフである。位置ずれ量０ｍｍとなる基準点は、図８に示すように送電側の中央のコイル３１８と受電側のコイル２０６とが完全に正対する状態である。グラフＧ２では、位置ずれ量０ｍｍの時に結合係数ｋが最も大きくなる点はグラフＧ１と同じである。しかし、Ｘ方向の位置ずれが１２０ｍｍを超えたあたりで一度結合係数はｋ＝０．１９１で極小となったあと、位置ずれ量が増加すると結合係数も増加し位置ずれ量が２５０ｍｍ当たりで再び極大となる。この極大値をとる位置ずれ量から位置ずれ量５００ｍｍに至るまでは、位置ずれ量が大きくなるほど結合係数も小さくなる。

【0063】

図２のコイル選択部３２のスイッチ切替は、Ｘ方向位置ずれ量が０からｋが極小値をとるまでは、スイッチ９２がオン、スイッチ９１および９３がオフに制御され、ｋが極小値をとる位置ずれ量よりもズレが大きくなるとスイッチ９３がオン、スイッチ９１および９２がオフに制御される。

【0064】

グラフＧ３は、図９に示すように、標準的な１コイルのＨ型コアを受電側に配置し、６コイルが巻回されたフィッシュボーン形状のコアを送電側に配置した場合の特性を示すグラフである。位置ずれ量０ｍｍとなる基準点は、図８に示すように送電側の中央のコイル４２０および４２２と受電側のコイル２０６とが完全に正対する状態である。グラフＧ３では、位置ずれ量０ｍｍの時に結合係数ｋが最も大きくなる点はグラフＧ１と同じである。しかし、Ｘ方向の位置ずれが８０ｍｍあたりと２４０ｍｍあたりの２箇所で結合係数は極小値をとる。Ｘ方向の位置ずれが２４０ｍｍあたりでの極小値のほうが小さく、結合係数はｋ＝０．１９３である。

【0065】

コイル選択部の構成は図示しないが、図９に示す構成の場合には、送電側で使用するコイルが２つ選択可能に構成される。図９に示すようなＸ方向位置ずれ量が０の場合にはコイル４２０および４２２が選択され、他のコイルは非選択とされる。ズレ量が大きくなるにつれてコイル４２２および４２４が選択され、他のコイルは非選択とされる状態、コイル４２４および４２６が選択され、他のコイルは非選択とされる状態に順にコイルの選択状態が遷移する。反対方向の位置ずれの場合には、ズレ量が大きくなるにつれてコイル４１８および４２０が選択され、他のコイルは非選択とされる状態、コイル４１６および４１８が選択され、他のコイルは非選択とされる状態に順にコイルの選択状態が遷移する。

【0066】

図１０に示されるように、グラフＧ１に示す特性では、位置ずれ量が１２０ｍｍよりも大きくなると受電効率ηが９０％よりも小さくなるが、グラフＧ２、Ｇ３に示す特性では、位置ずれ量がそれぞれ０〜３７０ｍｍ、０〜４００ｍｍの範囲で受電効率ηを９０％以上とすることができる。したがって位置ずれ量に対して連続的に受電可能な範囲がグラフＧ１に示す例に比べて拡大する。またコアの両端部のみではなく中間部分に太幅部を設けることにより、使用するコイル端部と太幅部の距離を近くすることができ、図９に示すような磁束の経路が形成される場合の受電部と送電部の結合強度を大きくすることができる。また太幅部にはコイルが巻回されないので、選択されたコイルが中間のコイルである場合には、太幅部を設けることにより磁束を対向するユニットに向けて通しやすくなる。

【0067】

［実施の形態２］
実施の形態１では、送電装置に複数のコイルが巻回されたコアが配置された例を示したが、受電装置（車両）に複数のコイルが巻回されたコアを配置しても良い。

【0068】

図１１は、実施の形態２に係る電力伝送システム、車両、受電装置および送電装置などを模式的に示す模式図である。

【0069】

実施の形態２に係る電力伝送システムは、受電装置２１１を含む車両２１０と、送電部５６を含む送電装置２５１とを含む。車両２１０の受電装置２１１は、主に、送電部５６から電力を受電する。

【0070】

送電部２５６は、コイルユニット１００と、キャパシタ１０１とを含み、コイルユニット１００は、コア１０２と、コア１０２の周面に巻回された一次コイル１０３とを含む。

【0071】

車両２１０は、受電装置１１に代えて受電装置２１１を含む点が図１の構成と異なる。他の構成については、図１と同様であるので、ここでは説明は繰返さない。

【0072】

受電装置２１１は、コイルユニット２３０と、コイル選択部２３２とを含む。コイルユニット２３０は、フィッシュボーン型のコアに複数のコイルが巻回された図２および図８に示した３コイルのコイルユニット３１または図９に示した６コイルのコイルユニット４０１と同様な構成とすることができる。コイル選択部２３２は、図２に示したコイル選択部３２と同様な構成とすることができる。

【0073】

また、送電部２５６は、図４および図５で説明した標準的なＨ型コア１コイルのユニットを用いることができる。

【0074】

このような構成とすることによっても、実施の形態１と同様な効果を得ることができる。

【0075】

最後に、実施の形態１および２について図面を再び参照して総括する。主に図１、図２を参照して、送電装置５１は、車両１０に搭載された二次コイル２２に非接触で電力を送電する。送電装置５１は、磁性体で形成されたコア（図２の７０；図８の３１４；図９の４１４）と、コアの周りに巻回される複数の一次コイル（図２のＬ１，Ｌ２，Ｌ３；図８の３１６，３１８，３２０；図９の４１６，４１８，４２０，４２２，４２４，４２６）と、複数の一次コイルの一部を選択して負荷または電源に接続することにより、送電に用いるコイルのコイル長またはコイル位置を調整可能なコイル選択部３２とを備える。コアは、巻線が巻回されない複数の太幅部７１〜７４と、複数の太幅部７１〜７４の間に形成され、太幅部７１〜７４よりも幅が狭く、複数の一次コイルの巻線がそれぞれ巻回される複数の細幅部８１〜８３とを含む。

【0076】

好ましくは、コア７０，３１４，４１４は、複数の細幅部として３つ以上の細幅部を含む。図２、図８のコア７０，３１４は３つの細幅部を有し、図９のコア４１４は、６つの細幅部を有する。

【0077】

好ましくは、図２に示すように複数の太幅部７１〜７４と複数の細幅部８１〜８３とは、直線に沿って交互に配置される。図９の例でも図２の構成が６つの細幅部を有するように延長された形状である。

【0078】

より好ましくは、直線は、一次コイルから電力を受電可能なように（たとえば図１に示す向きに）停車した車両１０の前後方向に延在する直線である。

【0079】

好ましくは、コア７０，３１４，４１４は、車両１０に対向可能な平面を有し、平面における細幅部８１〜８３の幅は太幅部７１〜７４の幅よりも狭い。

【0080】

図１１を参照して、受電装置２１１は、車両２１０に搭載され、２５１送電装置の一次コイル１０３から非接触で電力を受電する。受電装置２１１は、図２と同様に、磁性体で形成されたコア７０と、コアの周りに巻回される複数の二次コイルＬ１〜Ｌ３と、複数の二次コイルＬ１〜Ｌ３の一部を選択して負荷または電源に接続することにより、受電に用いるコイルのコイル長またはコイル位置を調整可能なコイル選択部２３２とを備える。コイル選択部２３２は、図２のコイル選択部３２と同様な構成を有する。コア７０は、巻線が巻回されない複数の太幅部７１〜７４と、複数の太幅部７１〜７４の間に形成され、太幅部７１〜７４よりも幅が狭く、複数の二次コイルＬ１〜Ｌ３の巻線がそれぞれ巻回される複数の細幅部８１〜８３とを含む。

【0081】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。さらに、上記数値などは、例示であり、上記数値および範囲に限られない。

【符号の説明】

【0082】

９，５７ 通信部、１０，２１０ 車両、１０Ａ 車両本体、１１，１９１，２１１ 受電装置、１３ 整流器、１４ コンバータ、１５ バッテリ、１６ パワーコントロールユニット、１７ モータユニット、１８ 受電ユニット、１９Ｂ 後輪、１９Ｆ 前輪、２０，１９６ 受電部、２１ フェライトコア、２２，２０６ 二次コイル、２３，３３，１０１，１９５，１９８ キャパシタ、２４，３０，３１，１００，４０１ コイルユニット、３２ コイル選択部、５１，１９０，２５１ 送電装置、５２ 駐車スペース、５３ 外部電源、５４ 高周波電力ドライバ、５５ 制御部、５６，１９３，２５６ 送電部、６０ 整合器、７０，１０２，２０４，２１４，３１４，４１４ コア、７１〜７４，２２２，２２６ 太幅部、８１〜８３，２２４ 細幅部、９１〜９３ スイッチ、５８，１０３，１９２，１９４，１９７，１９９，２０４，２１６，３１６，３１８，４１６，４１８，４２０，４２２，４２４，Ｌ１〜Ｌ３ コイル、２０２，２１２，３１２，４１２ 背面板。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】