特許 6221411 ワイヤレス電力伝送用コイルユニット

(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】6221411

(24)【登録日】2017年10月13日

(45)【発行日】2017年11月1日

(54)【発明の名称】ワイヤレス電力伝送用コイルユニット

(51)【国際特許分類】

   H01F 38/14 20060101AFI20171023BHJP

   H02J 50/10 20160101ALI20171023BHJP

【ＦＩ】

   H01F38/14

   H02J50/10

【請求項の数】8

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2013-134997(P2013-134997)

(22)【出願日】2013年6月27日

(65)【公開番号】特開2015-12066(P2015-12066A)

(43)【公開日】2015年1月19日

【審査請求日】2016年4月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003067

【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社

(72)【発明者】

【氏名】菅澤 昌之

(72)【発明者】

【氏名】小林 正幸

【審査官】 井上 健一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１５１２０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５３−０８１３２２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特表２００１−５０９６４４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｆ ３８／１４

Ｈ０２Ｊ ５０／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

対向する二つの主面を有する平面状ボビン、及び、前記平面状ボビンの有する一方の主面上、平面状に巻回された線材を含むコイル本体と、
前記線材を介して前記ボビンとは反対側に設けられた絶縁部材と、を備え、
前記ボビンは、溝部と突部とから構成され、前記溝部及び前記突部に沿って前記線材が設けられた巻線収納部と、
前記巻線収納部よりも外周側に配置され、前記突部の突出方向に沿って延び、かつ、前記絶縁部材を支持する支持部と、を有し、
前記支持部は、前記平面状ボビンの外形形状に沿って設けられており、
前記突部の先端面が、前記溝部の底面と前記支持部の先端面との間に位置し、前記絶縁部材と前記巻線収納部との間に空間が設けられているワイヤレス電力伝送用コイルユニット。

【請求項2】

前記平面状ボビンは、前記主面の少なくとも一方の中央部に有底孔を有し、前記線材は、前記ボビンの前記中央部以外の部分に設けられている、請求項１に記載のワイヤレス電力伝送用コイルユニット。

【請求項3】

前記巻線収納部と前記支持部との間に、さらに少なくとも一つの溝部を有する、請求項１又は２に記載のワイヤレス電力伝送用コイルユニット。

【請求項4】

前記コイル本体と前記絶縁部材との間に、さらに少なくとも一つのコイル本体が積層されており、積層された前記コイル本体に含まれる複数の前記平面状ボビンは、前記巻線収納部及び前記支持部が同一方向に向いて積層されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のワイヤレス電力伝送用コイルユニット。

【請求項5】

前記積層されたコイル本体のうち、前記絶縁部材から最も遠くに配置された前記コイル本体に含まれる、平面状ボビンは、前記主面の少なくとも一方の中央部に有底孔を有し、かつ、前記線材は、前記ボビンの前記中央部以外の部分に設けられている、請求項４に記載のワイヤレス電力伝送用コイルユニット。

【請求項6】

中空の柱状ボビン及び、前記ボビンに螺旋状に巻回された線材を含むコイル本体と、前記線材を介して前記ボビンとは反対側に設けられた絶縁部材と、を備え、
前記ボビンは、溝部と突部とから構成され、前記溝部及び前記突部に沿って前記線材が設けられた巻線収納部と、前記巻線収納部の両端に配置され、前記突部の突出方向に沿って延び、かつ、前記絶縁部材を支持する支持部と、を有し、
前記支持部は、前記柱状ボビンの胴回りに沿って設けられており、
前記突部の先端面が、前記溝部の底面と前記支持部の先端面との間に位置し、前記絶縁部材と前記巻線収納部との間に空間が設けられているワイヤレス電力伝送用コイルユニット。

【請求項7】

前記巻線収納部と前記支持部との間に、さらに少なくとも一つの溝部を有する、請求項６に記載のワイヤレス電力伝送用コイルユニット。

【請求項8】

前記コイル本体と前記絶縁部材との間に、さらに少なくとも一つのコイル本体が積層されており、積層された前記コイル本体に含まれる前記ボビンは、前記巻線収納部及び前記支持部が同一方向に向いて積層されている、請求項６又は７に記載のワイヤレス電力伝送用コイルユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ワイヤレス電力伝送用コイルユニットに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、電源コードなしで電力を供給するワイヤレス電力伝送技術が注目されつつある。現在のワイヤレス電力伝送技術は、（Ａ）電磁誘導を利用するタイプ（近距離用）、（Ｂ）磁場の共振現象を利用するタイプ（中距離用）、（Ｃ）電波を利用するタイプ（遠距離用）、の３種類に大別できる。

【0003】

これらの３種類のワイヤレス電力伝送技術のうち、電磁誘導を利用するタイプ（Ａ）は給電側コイルを通る交流が磁界を発生させ、その結果受電側コイルに生じる電圧を利用する送電技術である。この電磁誘導を利用するタイプは、距離を大きくすると電力伝送効率が急激に低下してしまうものの、数ｃｍ程度の近距離であれば、十分な電力伝送効率が得られるうえ、低コストで実現できるため、電動シェーバーなどの身近な家電製品において一般的に利用されている。

【0004】

磁場共振現象を利用するタイプ（Ｂ）は、比較的新しい技術であり、一対の自己共振コイルを電磁場において共振させ、電磁場を介して送電するワイヤレス電力伝送技術である。この技術を応用すれば、数ｍ程度の距離であっても、数ｋＷの大電力を高い電力伝送効率で送電させることも可能である。たとえば、電気自動車の車両下部に受電コイルを埋め込み、地中の給電コイルから非接触にて電力を送り込むという案も検討されている。ワイヤレスであるため完全に絶縁されたシステム構成が可能であり、特に、雨天時の給電に効果的であると考えられる。

【0005】

これらの電磁誘導を利用するタイプ（Ａ）や磁場の共振現象を利用するタイプ（Ｂ）のワイヤレス電力伝送装置においては、給電側コイルから受電側コイルにできるだけ効率よく電力を伝送することが求められる。

【0006】

送電側及び受電側コイルから放射される磁束は、受給電に用いられる磁束と、受給電に寄与しない磁束とに分かれることが避けられず、電力伝送効率を向上させるには、送電側及び受電側コイルから放射される磁束のうち、受給電に用いられる磁束の割合を高くする必要がある。

【0007】

また、送電側及び受電側コイルから放射される磁束は周辺機器への影響を避けるために十分に遮断する必要がある。

【0008】

上述のように、送電側及び受電側コイルからの放射される磁束のうち、受給電に寄与しない磁束を効果的シールドするために、送電側及び受電側コイルの周辺には、磁性材料、金属材料等のシールド材が用いられる。

【0009】

さらに、電磁誘導を利用するタイプ（Ａ）や磁場の共振現象を利用するタイプ（Ｂ）のワイヤレス電力伝送装置においては、動作原理の違いこそあれコイルに高電圧を負荷して電力を伝送するため、コイルとコイル周辺の磁性材料や金属材料との間に所定の絶縁距離（例えば、空間放電が生じないだけの電位差を確保する長さである空間距離や、沿面放電が生じないだけの電位差を確保する長さである沿面距離）を確保する必要がある。

【0010】

しかしながら、絶縁距離を確保するため、コイルエッジからの距離を空間的に確保したり、また、コイルの露出面をテープ等の絶縁被覆によって覆ったり、ボビンに中敷きを入れたりして絶縁物を介在させると、コイルユニットが大型化してしまう。

【0011】

コイルサイズの大型化を抑制しつつ、巻き数を増加させることのできる送受電コイルとしては、例えば特許文献１には、第１層と第２層を有する基板上に、コイル導体が、第１層に巻回されたあと第２層にも巻回された給電又は受電コイルが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0012】

【特許文献1】特開２０１１−８６８９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

しかしながら、本発明者らは、特許文献１の送受電コイルは、基板同士が接着しているため、コイル導体と、基板の周辺に配置されることとなるシールド材等の金属系材料との絶縁が不十分な構造であり、十分な絶縁距離を確保する必要があることを見出した。

【0014】

そこで本発明は、大型化することなく、線材と、コイルユニット周辺に配置されることとなるシールド材等金属系材料との絶縁を十分に確保できるワイヤレス電力伝送用コイルユニットを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0015】

本発明に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニットは、対向する二つの主面を有する平面状ボビン、及び、平面状ボビンの有する一方の主面上、平面状に巻回された線材を含むコイル本体と、線材を介してボビンとは反対側に設けられた絶縁部材と、を備え、ボビンは、溝部と突部とから構成され、溝部及び突部に沿って線材が設けられた巻線収納部と、巻線収納部よりも外周側に配置され、突部の突出方向に沿って延び、かつ、絶縁部材を支持する支持部と、を有し、突部の先端面が、溝部の底面と支持部の先端面との間に位置している。

【0016】

平面状のボビンにおいて、絶縁部材を支持する支持部が、巻線収納部よりも外周側に配置され、巻線収納部を構成する突部の突出方向に沿って延びており、巻線収納部を構成する突部の先端面が、巻線収納部を構成する溝部の底面と支持部の先端面との間に位置していることにより、巻線収納部と絶縁部材との間に空間ができる。これにより、巻線収納部の突部と絶縁部材とが接触することがなくなるため、線材を流れる電流は、溝部と突部に沿って放電することとなり、コイルユニットの外部に配置された金属系材料との沿面距離を長くできる。また、支持部の先端面の高さが、突部の先端面の高さよりも高いことにより、線材と、コイルユニットの外部に配置された金属系材料との沿面距離及び空間距離が確保できる。したがって、本発明によれば、コイルユニットを大型化することなく、線材と、コイルユニット周辺、特に、コイルユニットの外周付近に配置されることとなるシールド材等の金属系材料との絶縁距離を延ばすことができ、絶縁を十分に確保できる。

【0017】

また本発明においては、平面状ボビンは、主面の少なくとも一方の中央部に有底孔を有し、線材は、ボビンの中央部以外の部分に設けられているとよい。これにより、ボビンの中央部付近に配置された線材と、平面状のボビンの、絶縁部材が設けられた面とは反対側の面に対向して配置されることとなるシールド材等の金属系材料との絶縁距離も延ばすことができ、絶縁をより十分に確保できる。

【0018】

さらに本発明においては、巻線収納部と支持部との間に、さらに少なくとも一つの溝部を有することが好ましい。これにより、線材と、コイルユニット周辺、特に、コイルユニットの外周付近に配置されることとなるシールド材等の金属系材料との絶縁距離をさらに延ばすことができ、コイルユニットを大型化することなく、沿面距離及び空間距離に関する安全規格（例えば、ＩＥＣ（国際電気標準会議）規格）等を十分満足できる。

【0019】

さらにまた、本発明に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニットは、コイル本体と絶縁部材との間に、さらに少なくとも一つのコイル本体が積層されており、積層されたコイル本体に含まれる複数の平面状ボビンは、巻線収納部及び支持部が同一方向に向いて積層されているとよい。

【0020】

巻線収納部及び支持部が同一方向に向くようにして複数の平面状ボビンが積層されていることにより、巻線収納部と絶縁部材との間、又は、巻線収納部に対向配置されたコイル本体に含まれるボビンとの間に空間ができる。これにより、巻線収納部の突部と、絶縁部材又は巻線収納部に対向配置されたコイル本体に含まれるボビンとが接触することがなくなるため、線材を流れる電流は、溝部と突出部に沿って放電することとなり、コイルユニットの外部に配置された金属系材料との沿面距離を長くできる。また、支持部の先端面の高さが、突部の先端面の高さよりも高いことにより、線材と、コイルユニットの外部に配置された金属系材料との沿面距離及び空間距離が確保できる。したがって、本発明によれば、コイルユニットの巻き数を増加させつつ、線材と、コイルユニットの外周付近に配置されることとなるシールド材等の金属系材料との絶縁距離を延ばすことができ、絶縁を十分に確保できる。

【0021】

また、本発明においては、積層されたコイル本体のうち、絶縁部材から最も遠くに配置されたコイル本体に含まれる、平面状ボビンは、主面の少なくとも一方の中央部に有底孔を有し、かつ、線材は、ボビンの中央部以外の部分に設けられているとよい。これにより、ボビンの中央部付近に配置された線材と、平面状のボビンの、絶縁部材が設けられた側とは反対側の面に対向して配置されることとなるシールド材等の金属系材料との絶縁距離も延ばすことができ、絶縁をより十分に確保できる。

【0022】

さらにまた、本発明に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニットは、中空の柱状ボビン及び、ボビンに螺旋状に巻回された線材を含むコイル本体と、線材を介してボビンとは反対側に設けられた絶縁部材と、を備え、ボビンは、溝部と突部とから構成され、溝部及び突部に沿って線材が設けられた巻線収納部と、巻線収納部の両端に配置され、突部の突出方向に沿って延び、かつ、絶縁部材を支持する支持部と、を有し、突部の先端面が、溝部の底面と支持部の先端面との間に位置している。

【0023】

中空の柱状ボビンにおいて、絶縁部材を支持する支持部が、巻線収納部の両端に配置され、巻線収納部を構成する突部の突出方向に沿って延びており、巻線収納部を構成する突部の先端面が、巻線収納部を構成する溝部の底面と支持部の先端面との間に位置していることにより、巻線収納部と絶縁部材との間に空間ができる。これにより、巻線収納部の突部と絶縁部材とが接触することがなくなるため、線材を流れる電流は、溝部と突部に沿って放電することとなり、コイルユニットの外部に配置された金属系材料との沿面距離を長くできる。また、支持部の先端面の高さが、突部の先端面の高さよりも高いことにより、線材と、コイルユニットの内部又は外部に配置された金属系材料との沿面距離及び空間距離が確保できる。したがって、本発明によれば、コイルユニットを大型化することなく、線材と、コイルユニット周辺、特に、コイルユニットの両端部付近に配置されることとなるシールド材等の金属系材料との絶縁距離を延ばすことができ、絶縁を十分に確保できる。

【0024】

また本発明においては、巻線収納部と支持部との間に、さらに少なくとも一つの溝部を有するとよい。これにより、線材と、コイルユニット周辺に配置されることとなるシールド材や磁性体コア等の金属系材料との絶縁距離をさらに延ばすことができ、コイルユニットを大型化することなく、沿面距離及び空間距離に関する安全規格（例えば、ＩＥＣ（国際電気標準会議）規格）等を十分満足できる。

【0025】

さらにまた本発明においては、コイル本体と絶縁部材との間に、さらに少なくとも一つのコイル本体が積層されており、積層されたコイル本体に含まれるボビンは、巻線収納部及び支持部が同一方向に向いて積層されていることが好ましい。

【0026】

巻線収納部及び支持部が同一方向に向くようにして複数のボビンが積層されていることにより、巻線収納部と、絶縁部材又は巻線収納部に対向配置されたコイル本体に含まれるボビンとの間に空間ができる。これにより、巻線収納部の突部と、絶縁部材又は巻線収納部に対向配置されたコイル本体に含まれるボビンとが接触することがなくなるため、線材を流れる電流は、溝部と突部に沿って放電することとなり、コイルユニットの外部に配置された金属系材料や、内部に配置された磁性体コアとの沿面距離を長くできる。また、支持部の先端面の高さが、突部の先端面の高さよりも高いことにより、線材と、コイルユニットの外部に配置された金属系材料や内部に配置された磁性体コアとの沿面距離及び空間距離が確保できる。したがって、本発明によれば、コイルユニットの巻き数を増加させつつ、線材と、コイルユニットの両端部付近に配置されることとなるシールド材等の金属系材料との絶縁距離を延ばすことができ、絶縁を十分に確保できる。

【発明の効果】

【0027】

本発明によれば、大型化することなく、線材と、コイルユニット周辺に配置されることとなるシールド材等金属系材料との絶縁を十分に確保できるワイヤレス電力伝送用コイルユニットを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】本発明の第一実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニットの上面図である。

【図2】本発明の第一実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニットの断面図である。

【図3】本発明の第一実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニットの変形態様の断面図である。

【図4】本発明の第二実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニットの断面図である。

【図5】本発明の第二実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニットの分解斜視図である。

【図6】本発明の第三実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニットの分解斜視図である。

【図7】本発明の第三実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニットの断面図である。

【図8】本発明の第四実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニットの断面図である。

【図9】本発明のコイルユニットを電気自動車のワイヤレス電力伝送装置に適用した状態を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明するが、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。なお、以下の説明では、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

【0030】

［第一実施形態］
図１は、本発明の第一実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニットの上面図である。図２は、本発明の第一実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニットの断面図である。

【0031】

図１，２に示すように、ワイヤレス電力伝送用コイルユニット１０は、対向する二つの主面１６０Ｓ，１６１Ｓを有する平面状ボビン２、及び、平面状ボビン２の有する一方の主面１６０Ｓ上、平面状に巻回された線材３を含むコイル本体４と、線材３を介してボビン２とは反対側に設けられた絶縁部材５と、を備える。ボビン２は、溝部１６と突部２６とから構成された巻線収納部６と、巻線収納部６よりも外周側に配置され、突部２６の突出方向に沿って延び、かつ、絶縁部材５を支持する支持部７と、を有し、突部２６の先端面２６Ｓが、溝部１６の底面１６Ｓと支持部７の先端面７Ｓとの間に位置している。なお、本実施形態において、線材３が巻回される「平面状ボビン２の有する一方の主面１６０Ｓ」とは、複数の溝部１６の底面１６Ｓを連続させて形成される仮想面１６０Ｓを意味する。

【0032】

平面状ボビン２の外形形状は矩形であるが、矩形以外の多角形、円形、楕円形のいずれでもよい。平面状ボビン２は、必ずしも必須ではないが、中央部に孔２ａ（下記に詳述する）を有しているとよい。孔２ａの形状に特に制限はないが、平面状ボビン２の外形形状と同様であることが好ましい。

【0033】

図１に示すように、平面状ボビン２には、中央部から外周側へ向けて、孔２ａの外形形状及び平面状ボビン２の外形形状に沿って、渦巻き状に溝部１６及び突部２６が形成されている。溝部１６及び突部２６により、巻線収納部６が構成される。孔２ａの周囲には、二つの突部２６の間に溝部１６が形成されている。巻線収納部６において、溝部１６の底面、並びに、溝部１６及び突部２６の側面（共通する）に沿って線材３が配置される。これにより、線材３が、孔２ａの外形形状及び平面状ボビン２の外形形状に沿って、平面状ボビン２の有する一方の主面１６０Ｓ上に、平面状に巻回されることとなる。

【0034】

巻線収納部６よりも外周側には、突部２６の先端面２６Ｓと同等又はそれ以上の幅を有する支持部７が形成されている。図２に示すように、溝部１６の底面１６Ｓの位置（平面状ボビン２の有する他方の主面１６１Ｓから溝部１６の底面１６Ｓまでの距離）は、複数の溝部１６において一定であり、突部２６の先端面２６Ｓの位置（平面状ボビン２の有する他方の主面１６１Ｓから突部２６の先端面２６Ｓまでの距離）もまた、複数の突部２６において一定である。

【0035】

支持部７は、先端面７Ｓが後述する絶縁部材５に接することによって、絶縁部材５を支持する。支持部７によって、コイル本体４には平面状ボビン２の有する他方の主面１６１Ｓの反対側に絶縁部材５が設けられることとなり、平面状ボビン２と絶縁部材５とによって、線材３を外部から隔離する。平面状ボビン２の有する他方の主面１６１Ｓから支持部７の先端面７Ｓまでの距離は、平面状ボビン２の有する他方の主面１６１Ｓから突部２６の先端面２６Ｓまでの距離よりも長い。そのため、絶縁部材５は、平面状ボビン２の突部２６の先端面２６Ｓと接することなく、絶縁部材５と巻線収納部６との間に空間ができる。これにより、巻線収納部６の溝部１６と突部２６とに沿って設けられた線材３を流れる電流は、絶縁部材５のコイル本体４との対向面１５１Ｓに沿ってではなく、巻線収納部６の溝部１６及び突出部２６、並びに支持部７に沿って放電することとなり、線材３と、ワイヤレス電力伝送用コイルユニット１０の外部に配置された金属系材料との絶縁距離を長くできる。具体的には、線材３と、ワイヤレス電力伝送用コイルユニット１０の周辺に配置されるシールド材等の金属系材料１１ａ，１１ｂ、特に、外周付近に配置される金属系材料１１ａとの絶縁距離を延ばすことができ、絶縁を十分に確保できる。

【0036】

絶縁部材５は、対向する二つの主面を有する平面状の部材である。絶縁部材５の外形形状は、線材３と外部に配置される金属系材料との絶縁性を確保するために、平面状ボビン２と絶縁部材５とによって線材３を外部から隔離すべく、平面状ボビン２の外形形状と同様であるとよい。大きさについては、絶縁部材５が平面状ボビン２に比べて同等以上であればよい。ただし、絶縁部材５において、支持部７と接触する面５Ｓを含む側の主面１５１Ｓに対向する面１５０Ｓの外周部分は、図２に示すように面取りされていてもよい。

【0037】

平面状ボビン２の材質としては、絶縁性の樹脂が好ましく、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合合成樹脂（ＡＢＳ）、ポリブチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）等が挙げられる。

【0038】

線材３としては、銅、銀、金、アルミニウム、又は、これらを構成成分として含む金属ワイヤが挙げられる。軽量化の観点では、アルミニウム線、銅クラッドアルミ線等を用いるとよい。軽量化と電気伝導率とを両立する観点では、アルミニウム線の周りに銅を一様に被覆した、銅クラッドアルミ線が好ましい。銅クラッドアルミ線は、多数本を束ね撚り合せたリッツ線として用いるのがよい。

【0039】

絶縁部材５の材質としては、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合合成樹脂（ＡＢＳ）、ポリブチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）等が挙げられる。

【0040】

平面状ボビン２の孔２ａは、貫通孔であっても、有底孔であってもよいが、平面状ボビン２の孔２ａ付近に配置された線材３と、平面状ボビン２の主面１６１Ｓに対向して配置されるシールド材等の金属系材料１１ｂとの絶縁距離も延ばすためには、有底孔であることが好ましい。孔２ａが有底孔である場合、孔２ａの底面の位置に特に限定はなく、底面は、図２に示すように、平面状ボビン２の主面１６１Ｓに沿った面として設けられていても、突部２６の先端面２６Ｓに沿った面として設けられていてもよく、さらに、これらの面の位置に挟まれた位置に存在する面として設けられていてもよい。

【0041】

図３は、本発明の第一実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニットの変形態様の断面図である。図３に示すように、巻線収納部６と支持部７との間には、さらに少なくとも一つの溝部１６を有することが好ましい。このような構造により、線材３と、ワイヤレス電力伝送用コイルユニット１０の周辺に配置されるシールド材等の金属系材料１１ａ，１１ｂ、特に、外周付近に配置される金属系材料１１ａとの絶縁距離を延ばすことができ、絶縁をより一層十分に確保できる。これにより、コイルユニットを大型化することなく、沿面距離及び空間距離に関する安全規格（例えば、ＩＥＣ（国際電気標準会議）規格）等を十分満足できる。

【0042】

［第二実施形態］
図４は、本発明の第二実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニットの断面図である。本実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニット４０においては、コイル本体４_ｎ１と絶縁部材５との間に、さらに一つのコイル本体４_ｎ２が積層されており、積層されたコイル本体４_ｎ１、４_ｎ２に含まれる複数の平面状ボビン２_ｎ１、２_ｎ２は、巻線収納部６_ｎ１、６_ｎ２及び支持部７_ｎ１、７_ｎ２が同一方向に向いて積層されている。積層されたコイル本体４_ｎ１、４_ｎ２は、第一実施形態において説明したコイル本体４と同様の構造のものを用いることができる。なお、本実施形態においては、コイル本体４_ｎ１と絶縁部材５との間に、一つのコイル本体４_ｎ２が積層されているが、これに限定されず、３層以上（４_ｎ３、４_ｎ４、４_ｎ５…）を積層することができる。

【0043】

第一層目のコイル本体４_ｎ１、第二層目のコイル本体４_ｎ２、絶縁部材５は、この順に下から積層されている。第一層目のコイル本体４_ｎ１の外周部分に設けられた支持部７_ｎ１の先端面７Ｓ_ｎ１が、第二層目の平面状ボビン２_ｎ２の主面１６１Ｓ_ｎ２の外周部分と接することにより、第一層目のコイル本体４_ｎ１が第二層目のコイル本体４_ｎ２を支持する。また、第二層目のコイル本体４_ｎ２の外周部分に設けられた支持部７_ｎ２の先端面７Ｓ_ｎ２が、絶縁部材５の外周部分に接することにより、第二層目のコイル本体４_ｎ２が絶縁部材５を支持する。

【0044】

第一層目のコイル本体４_ｎ１には、第一層目の平面状ボビン２_ｎ１の主面１６１Ｓ_ｎ１の反対側に第二層目のコイル本体４_ｎ２が設けられることとなり、第一層目の平面状ボビン２_ｎ１と第二層目の平面状ボビン２_ｎ２とによって、第一層目の線材３_ｎ１を外部の金属系材料と隔離することができる。また、第二層目のコイル本体４_ｎ２には、第二層目の平面状ボビン２_ｎ２の主面１６１Ｓ_ｎ２の反対側に絶縁部材５が設けられることとなり、第二層目の平面状ボビン２_ｎ２と絶縁部材５とによって、線材３_ｎ２を外部の金属系材料と隔離することができる。

【0045】

第一層目の平面状ボビン２_ｎ１の主面１６１Ｓ_ｎ１から、第一層目の支持部７_ｎ１の先端面７Ｓ_ｎ１までの距離は、第一層目の平面状ボビン２_ｎ１の主面１６１Ｓ_ｎ１から、第一層目の突部２６_ｎ１の先端面２６Ｓ_ｎ１までの距離よりも長い。また、第二層目の平面状ボビン２_ｎ２の主面１６１Ｓ_ｎ２から、第二層目の支持部７_ｎ２の先端面７Ｓ_ｎ２までの距離は、第二層目の平面状ボビン２_ｎ２の主面１６１Ｓ_ｎ２から、第二層目の突部２６_ｎ２の先端面２６Ｓ_ｎ２までの距離よりも長い。これにより、第一層目の平面状ボビン２_ｎ１の有する巻線収納部６_ｎ１と、上方に積層された第二層目の平面状ボビン２_ｎ２の主面１６１Ｓ_ｎ２との間には空間が形成される。同様に、第二層目の平面状ボビン２_ｎ２の有する巻線収納部６_ｎ２と、上方に積層された絶縁部材５との間にも、空間が形成される。これにより、第一層目の巻線収納部６_ｎ１と第二層目の平面状ボビン２_ｎ２とが接触することがなくなり、第一層目の線材３_ｎ１を流れる電流は、第二層目の平面状ボビン２_ｎ２の主面１６１Ｓ_ｎ２に沿ってではなく、第一層目の溝部１６_ｎ１及び突部２６_ｎ１並びに第一層目の支持部７_ｎ１に沿って放電する。また、第二層目の巻線収納部６_ｎ２と絶縁部材５とが接触することがなくなるため、第二層目の線材３_ｎ２を流れる電流は、絶縁部材５の主面１５１Ｓに沿ってではなく、第二層目の溝部１６_ｎ２及び突部２６_ｎ２並びに第二層目の支持部７_ｎ２に沿って放電することとなる。これにより、ワイヤレス電力伝送用コイルユニット４０の外部に配置された金属系材料１１ａ、１１ｂ、特に、外周付近に配置される金属系材料１１ａとの絶縁距離を長くできる。

【0046】

第一層目の平面状ボビン２_ｎ１の有する孔２ａ_ｎ１は、貫通孔であっても、有底孔であってもよいが、第一層目の平面状ボビン２_ｎ１の孔２ａ_ｎ１付近に配置された線材３_ｎ１と、第一層目の平面状ボビン２_ｎ１の主面１６１Ｓ_ｎ１に対向して配置されることとなるシールド材等の金属系材料１１ｂとの絶縁距離も延ばすためには、有底孔であることが好ましい。孔２ａ_ｎ１が有底孔である場合、孔２ａ_ｎ１の底面の位置に特に限定はなく、底面は、図４に示すように、第一層目の平面状ボビン２_ｎ１の主面１６１Ｓ_ｎ１に沿った面として設けられていても、突部２６_ｎ１の先端面２６Ｓ_ｎ１に沿った面として設けられていてもよく、さらに、これらの面の位置に挟まれた位置に存在する面として設けられていてもよい。
第二層目の平面状ボビン２_ｎ２の有する孔２ａ_ｎ２は、貫通孔であっても、有底孔であってもよいが、ワイヤレス電力伝送用コイル装置４０の軽量化の観点から、貫通孔であることが好ましい。
ただし、本実施形態においても、第一実施形態と同様に、第一層目の平面状ボビン２_ｎ１及び第二層目の平面状ボビン２_ｎ２が、必ずしも孔を有していなくてもよく、孔の位置が第一層目の平面状ボビン２_ｎ１及び第二層目の平面状ボビン２_ｎ２と同じ部材で構成されていてもよい。

【0047】

線材の平面状ボビンへの巻回について、第一層目の線材３_ｎ１を第一層目の平面状ボビン２_ｎ１の外周側より、又は、第二層目の線材３_ｎ２を第二層目の平面状ボビン２_ｎ２の外周側より、線材の巻回を開始する。同一の平面状ボビンにおいて、内周側にコイル導体が到達すると、平面状ボビンの中央部にコイル導体が引き出される。平面状ボビンの中央部における線材の引き出し易さ、及び軽量化の観点から、第二層目の平面状ボビン２_ｎ２、第二層目より上方の平面状ボビン２_ｎ３、２_ｎ４、２_ｎ５・・・の中央部に形成される孔２ａ_ｎ２、２ａ_ｎ３、２ａ_ｎ４、２ａ_ｎ５・・・は貫通孔であることが好ましい。したがって、ワイヤレス電力伝送用コイルユニット４０は、第一層目の平面状ボビン２_ｎ１が底面を有した中空構造であることが好ましい。

【0048】

上記第一及び第二実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニット１０、４０における絶縁部材５は、コイル本体４を覆う筐体であることがある。図５は、第二実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニット４０における二層に積層されたコイル本体４_ｎ１、４_ｎ２の周囲に筐体を設けたワイヤレス電力伝送用コイルユニット５０の分解斜視図である。

【0049】

ワイヤレス電力伝送用コイルユニット５０は、内側の形状が凹形状である筐体カバー５１、２層に積層されたコイル本体５２、５３、シールド材５４、樹脂プレート５５、平面状の筐体カバー５６がこの順に積層されたものである。シールド材５４は、外部環境に対して、送受電に関係の無い漏れ磁束を防ぐために設けられる。樹脂プレート５は、シールド材５４の保持や位置決めのために設けられる。

【0050】

シールド材５４がフェライト、アルミニウム等の金属系材料であるため、コイル本体５２、５３が有する線材と近接していると、絶縁距離が十分に確保できない。大型化することを抑制しつつ、シールド材５４とコイル本体５２、５３が有する線材との絶縁距離を確保するために、第一及び第二実施形態において説明した構造を有するワイヤレス電力伝送用コイルユニット１０、４０が有用である。

【0051】

［第三実施形態］
図６は、本発明の第三実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニットの分解斜視図であり、図７は、本発明の第三実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニットの断面図である。本実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニット６０においては、中空の柱状ボビン２及び、ボビン２に螺旋状に巻回された線材３を含むコイル本体４と、線材３を介してボビン２とは反対側に設けられた絶縁部材５と、を備える。中空の柱状ボビン２は、溝部１６と突部２６とから構成され、溝部１６及び突部２６に沿って線材３が設けられた巻線収納部６と、巻線収納部６の両端に配置され、突部２６の突出方向に沿って延び、かつ、絶縁部材６を支持する支持部７と、を有し、突部２６の先端面２６Ｓが、溝部１６の底面１６Ｓと支持部７の先端面７Ｓとの間に位置している。

【0052】

柱状ボビン２は、内部が中空である。外形又は内形の形状は特に制限されず、内形形状は柱状ボビン２の内部を通る磁束方向に対して垂直な面で切断した際の切断面が、正方形、長方形等の四角形、多角形、円形、楕円形のいずれの形状となるものでもよい。

【0053】

図６、７に示すように、柱状ボビン２には、その外壁面上、その胴回りに沿って、螺旋状に溝部１６及び突部２６が形成されている。溝部１６及び突部２６により、巻線収納部６が構成される。二つの突部２６の間に溝部１６が形成されており、巻線収納部６の両端には、突部２６の先端面２６Ｓと同等又はそれ以上の幅を有する支持部７が形成されている。図６に示すように、溝部１６の底面１６Ｓの位置（柱状ボビン２の内壁面１６１Ｓから溝部１６の底面１６Ｓまでの距離）は、複数の溝部１６において一定であり、突部２６の先端面２６Ｓの位置（柱状ボビン２の内壁面１６１Ｓから突部２６の先端面２６Ｓまでの距離）もまた、複数の突部２６において一定である。

【0054】

線材３は、溝部１６と突部２６とから構成された巻線収納部６において、溝部１６の底面、並びに、溝部１６及び突部２６の側面（共通する）に沿って配置される。これにより、線材３が、柱状ボビン２の外壁面１６０Ｓ上、その胴回りに沿って螺旋状に巻回されることとなる。

【0055】

支持部７は、先端面７Ｓが絶縁部材５に接することによって、絶縁部材５を支持する。支持部７によって、コイル本体４には柱状ボビン２の内壁面１６１Ｓの反対側に絶縁部材５が設けられることとなり、柱状ボビン２と絶縁部材５とによって、線材３を外部から隔離する。柱状ボビン２の内壁面１６１Ｓから支持部７の先端面７Ｓまでの距離は、柱状ボビン２の内壁面１６１Ｓから突部２６の先端面２６Ｓまでの距離よりも長い。そのため、絶縁部材５は、柱状ボビン２の突部２６の先端面２６Ｓと接することなく、絶縁部材５と巻線収納部６との間に空間ができる。これにより、巻線収納部６の突部２６と絶縁部材６とが接触することがなくなるため、線材３を流れる電流は、絶縁部材５の内壁面に沿ってではなく、溝部１６、突部２６及び支持部７に沿って放電することとなり、コイルユニット６０の外部に配置される金属系材料（特に、柱状コイル２の両端部付近に配置される金属系材料）や、柱状ボビン２の内部に挿入されることとなる磁性体コアとの絶縁距離を長くできる。

【0056】

さらに良好な絶縁を実現するためには、巻線収納部６と支持部７との間には、さらに少なくとも一つの溝部２６を有することが好ましい。これにより、線材３と、ワイヤレス電力伝送用コイルユニット６０周辺に配置されることとなるシールド材や、柱状ボビン２の内部に挿入されることとなる磁性体コア等の金属系材料との絶縁距離をさらに延ばすことができ、コイルユニットを大型化することなく、沿面距離及び空間距離に関する安全規格（例えば、ＩＥＣ（国際電気標準会議）規格）等を十分満足できる。

【0057】

絶縁部材５は、中空の柱状部材であり、内部にコイル本体４が挿入されており、柱状ボビン２の支持部７の先端面７Ｓが絶縁部材５の内壁面の外周部分５Ｓと当接する。絶縁部材５の内部形状について、内部にコイル本体４が挿入可能であるならば、柱状ボビン２の内部を通る磁束方向に対して垂直な面で切断した際の切断面が、正方形、長方形等の四角形、多角形、円形、楕円形のいずれの形状をもつものでもよい。絶縁部材５の両端部と、柱状ボビン２の両端部とは、それらの端面が、線材３と外部に配置される金属系材料との絶縁性を確保するために、平面状ボビン２と絶縁部材５とによって線材３を外部から隔離すべく、同一面上に配置されている、又は、絶縁部材５の端面のほうが外側に延在しているとよい。ただし、絶縁部材５の外壁面の外周部分は、図７に示すように面取りされていてもよい。

【0058】

柱状ボビン２、線材３、絶縁部材５の材質は、第一及び第二実施形態に記載されたものと同様のものを用いることができる。

【0059】

［第四実施形態］
図８は、本発明の第四実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニットの断面図である。本実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニット７０においては、コイル本体４_ｎ１と絶縁部材５との間に、さらに一つのコイル本体４_ｎ２が積層されており、積層されたコイル本体４_ｎ１、４_ｎ２に含まれる複数の柱状ボビン２_ｎ１、２_ｎ２は、巻線収納部６_ｎ１、６_ｎ２及び支持部７_ｎ１、７_ｎ２が同一方向に向いて積層されている。このような積層されたコイル本体４_ｎ１、４_ｎ２は、第三実施形態において説明したコイル本体４と同様の構造のものを用いることができる。ただし、外側の層に該当する二層目のコイル本体４_ｎ２は、第一層目のコイル本体４_ｎ１が内部に挿入されることが可能な大きさを有する必要がある。なお、本実施形態においては、コイル本体４_ｎ１と絶縁部材５との間に、一つのコイル本体４_ｎ２が積層されているが、これに限定されず、３層以上（４_ｎ３、４_ｎ４、４_ｎ５…）を積層することができる。この場合にも、外側の層に該当するコイル本体は、内側の層に該当するコイル本体４_ｎ１が内部に挿入されることが可能な大きさを有する必要がある。

【0060】

第一層目のコイル本体４_ｎ１、第二層目のコイル本体４_ｎ２、絶縁部材５は、この順に内側から積層されている。第一層目のコイル本体４_ｎ１の両端部に設けられた支持部７_ｎ１の先端面７Ｓ_ｎ１が、第二層目の柱状ボビン２_ｎ２の内壁面１６１Ｓ_ｎ２の外周部分と接することにより、第一層目のコイル本体４_ｎ１が第二層目のコイル本体４_ｎ２を支持する。また、第二層目のコイル本体４_ｎ２の両端部に設けられた支持部７_ｎ２の先端面７Ｓ_ｎ２が、絶縁部材５の内壁面１５１Ｓの外周部分５Ｓに接することにより、第二層目のコイル本体４_ｎ２が絶縁部材５を支持する。

【0061】

第一層目のコイル本体４_ｎ１には、第一層目の柱状ボビン２_ｎ１の内壁面１６１Ｓ_ｎ１の反対側に第二層目のコイル本体４_ｎ２が設けられることとなり、第一層目の柱状ボビン２_ｎ１と第二層目の柱状ボビン２_ｎ２とによって、第一層目の線材３_ｎ１を外部又は内部の金属系材料と隔離することができる。また、第二層目のコイル本体４_ｎ２には、第二層目の柱状ボビン２_ｎ２の内壁面１６１Ｓ_ｎ２の反対側に絶縁部材５が設けられることとなり、第二層目の柱状ボビン２_ｎ２と絶縁部材５とによって、線材３_ｎ２を外部又は内部の金属系材料と隔離することができる。

【0062】

第一層目の柱状ボビン２_ｎ１の内壁面１６１Ｓ_ｎ１から、第一層目の支持部７_ｎ１の先端面７Ｓ_ｎ１までの距離は、第一層目の柱状ボビン２_ｎ１の内壁面１６１Ｓ_ｎ１から、第一層目の突部２６_ｎ１の先端面２６Ｓ_ｎ１までの距離よりも長い。また、第二層目の柱状ボビン２_ｎ２の内壁面１６１Ｓ_ｎ２から、第二層目の支持部７_ｎ２の先端面７Ｓ_ｎ２までの距離は、第二層目の柱状ボビン２_ｎ２の内壁面１６１Ｓ_ｎ２から、第二層目の突部２６_ｎ２の先端面２６Ｓ_ｎ２までの距離よりも長い。これにより、第一層目の柱状ボビン２_ｎ１の有する巻線収納部６_ｎ１と、上方に積層された第二層目の柱状ボビン２_ｎ２の内壁面１６１Ｓ_ｎ２との間には空間が形成される。同様に、第二層目の柱状ボビン２_ｎ２の有する巻線収納部６_ｎ２と、上方に積層された絶縁部材５との間にも、空間が形成される。これにより、第一層目の巻線収納部６_ｎ１と第二層目の柱状ボビン２_ｎ２とが接触することがなくなり、第一層目の線材３_ｎ１を流れる電流は、第二層目の平面状ボビン２_ｎ２の内壁面１６１Ｓ_ｎ２に沿ってではなく、第一層目の溝部１６_ｎ１及び突部２６_ｎ１、並びに第一層目の支持部７_ｎ１沿って放電することとなる。また、第二層目の巻線収納部６_ｎ２と絶縁部材５とが接触することがなくなるため、第二層目の線材３_ｎ２を流れる電流は、絶縁部材５の内壁面１５１Ｓに沿ってではなく、第二層目の溝部１６_ｎ２及び突部２６_ｎ２、並びに第二層目の支持部７_ｎ２沿って放電することとなる。これにより、ワイヤレス電力伝送用コイルユニット８０の外部に配置される金属系材料や、第一層目のコイル本体４_ｎ１内部に挿入される磁性体コアとの絶縁距離を長くできる。

【0063】

さらに良好な絶縁を実現するためには、第一〜三実施形態と同様に、巻線収納部６_ｎ１、６_ｎ２と支持部７_ｎ１、７_ｎ２との間には、さらに少なくとも一つの溝部２６_ｎ１、２６_ｎ２をそれぞれ有することが好ましい。これにより、線材３_ｎ１、３_ｎ２と、ワイヤレス電力伝送用コイルユニット８０周辺に配置されることとなるシールド材や、柱状ボビン２_ｎ１、２_ｎ２の内部に挿入されることとなる磁性体コア等の金属系材料との絶縁距離をさらに延ばすことができ、コイルユニットを大型化することなく、沿面距離及び空間距離に関する安全規格（例えば、ＩＥＣ（国際電気標準会議）規格）等を十分満足できる。

【0064】

柱状ボビン２_ｎ１、２_ｎ２、線材３_ｎ１、３_ｎ２、絶縁部材５の材質は、第一〜三実施形態に記載されたものと同様のものを用いることができる。

【0065】

図９は、本発明のコイルユニットを電気自動車のワイヤレス電力伝送装置に含まれるコイルユニットに適用した状態を示す概略図である。電気自動車９０は、受電コイル８９を含むコイルユニット８１と、このコイルユニット８１に整流器８４、ＤＣ／ＤＣコンバータ８５を経由して接続されたバッテリ８６とを備えている。

【0066】

電気自動車９０の下部に配設された給電装置８３は、送電コイル８８を含むコイルユニット８１と、このコイルユニット８１に高周波電力ドライバ８７を経由して接続された交流電源８２を備えている。

【0067】

受電コイル８９は、両端がオープン（非接続）のＬＣ共振コイルであり、給電装置８３の送電コイル８８と電磁場を介して共鳴することにより、電力を受電する。

【0068】

受電コイル８９は、送電コイル８８との距離や、送電コイル８８および受電コイル８９の共鳴周波数等に基づいて、送電コイル８８と受電コイル８９との共鳴強度を示すＱ値（たとえば、Ｑ＞１００）およびその結合度を示す結合係数ｋ等が大きくなるようにその巻数が適宜設定される。

【0069】

このように送電コイル８８から受電コイル８９に電力が受け渡されるワイヤレス電力伝送装置において、本発明のコイルユニットを用い、送電コイル８８と受電コイル８９を調整しながら、それらの位置を決定すれば、電力伝送効率にすぐれた電気自動車用のワイヤレス電力伝送装置が実現できる。

【0070】

なお、本発明のワイヤレス電力伝送用コイルユニットは、電気自動車のほか電車等の他の移動体、家電製品、電子機器、無線通信機器、玩具、といったさまざまな製品、及びこれらの製品への給電装置への応用が可能である。

【符号の説明】

【0071】

２…ボビン、２ａ…孔、３…線材、４…コイル本体、５…絶縁部材、６…巻線収納部、７…支持部、７Ｓ…支持部の先端面、１０，４０，６０，８０…ワイヤレス電力伝送用コイルユニット、１１ａ，１１ｂ…金属系材料、１６…溝部、１６Ｓ…溝部の底面、２６…突部、２６Ｓ…突部の先端面、８１…コイルユニット、８２…交流電源、８３…給電装置、８４…整流器、８５…ＤＣ／ＤＣコンバータ、８６…バッテリ、８７…高周波電力ドライバ、８８…送電コイル、８９…受電コイル、９０…電気自動車、１５０Ｓ，１５１Ｓ…絶縁部材の主面、１６０Ｓ，１６１Ｓ…平面状ボビンの主面。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】