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特許7266968非接触電力伝送装置及び非接触電力伝送システム

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(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】

(24)【登録日】2023-04-21

(45)【発行日】2023-05-01

(54)【発明の名称】非接触電力伝送装置及び非接触電力伝送システム

(51)【国際特許分類】

H01F 38/14 20060101AFI20230424BHJP

H02J 50/50 20160101ALI20230424BHJP

H02J 50/12 20160101ALI20230424BHJP

【ＦＩ】

H01F38/14

H02J50/50

H02J50/12

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2018076867

(22)【出願日】2018-04-12

(65)【公開番号】P2019186427

(43)【公開日】2019-10-24

【審査請求日】2021-04-01

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000004330

【氏名又は名称】日本無線株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100119677

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田賢治

(74)【代理人】

【識別番号】100160495

【弁理士】

【氏名又は名称】畑雅明

(74)【代理人】

【識別番号】100173716

【弁理士】

【氏名又は名称】田中真理

(74)【代理人】

【識別番号】100115794

【弁理士】

【氏名又は名称】今下勝博

(72)【発明者】

【氏名】堀内雅城

【審査官】井上健一

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－３５３０５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／００９０９７４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１３－０８０７８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／１５７０２９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－１７００１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０９３０８４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｆ３８／１４

Ｈ０２Ｊ５０／５０

Ｈ０２Ｊ５０／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

棒状コアに巻線が巻回される非接触電力伝送コイルを、送電側及び受電側にともに備える非接触電力伝送装置であって、
前記送電側及び前記受電側の非接触電力伝送コイルの延伸軸は、互いに並行するとともに、当該延伸軸と垂直方向における互いの距離を可変とし、
前記送電側及び前記受電側の非接触電力伝送コイルが対向する空間内に、非磁性導体をさらに備え、
前記送電側及び前記受電側の非接触電力伝送コイルの間の距離がより近づいた状態においては、前記送電側及び前記受電側の非接触電力伝送コイルの間の距離がより離れた状態と比べて、前記送電側及び前記受電側の非接触電力伝送コイルの間の鎖交磁束の一部は、前記非磁性導体での渦電流発生により打ち消され、
非接触電力伝送が可能な範囲内において、前記送電側及び前記受電側の非接触電力伝送コイルの間の鎖交磁束と、前記送電側及び前記受電側の非接触電力伝送コイルのインダクタンスとは、前記送電側及び前記受電側の非接触電力伝送コイルの間の距離に依存せず、
前記送電側及び前記受電側の非接触電力伝送コイルの間の距離が最も近づいた状態においても、前記送電側及び前記受電側の非接触電力伝送コイルの間の距離がより離れた状態と同様に、前記送電側及び前記受電側の非接触電力伝送コイルの送電周波数での共振条件を満たす
ことを特徴とする非接触電力伝送装置。

【請求項2】

前記送電側及び前記受電側の非接触電力伝送コイルの延伸軸と平行方向における、前記非磁性導体のサイズは、前記送電側及び前記受電側の巻線の巻回長以上であり、前記送電側及び前記受電側の棒状コアの延伸長以下である
ことを特徴とする、請求項１に記載の非接触電力伝送装置。

【請求項3】

前記送電側及び前記受電側の非接触電力伝送コイルは、前記非磁性導体を前記送電側及び前記受電側の非接触電力伝送コイルの棒状コアの近傍に配置され、
前記非磁性導体は、前記送電側及び前記受電側の非接触電力伝送コイルの棒状コアに接触するように配置され、又は、前記送電側及び前記受電側の非接触電力伝送コイルの棒状コアに接触するように配置された基板にパターン形成され、
前記送電側及び前記受電側の巻線は、前記非磁性導体を配置された前記送電側及び前記受電側の非接触電力伝送コイルの棒状コアに巻回され、前記非磁性導体と絶縁される
ことを特徴とする、請求項２に記載の非接触電力伝送装置。

【請求項4】

前記送電側を除く前記受電側のみの非接触電力伝送コイルは、前記非磁性導体を前記送電側を除く前記受電側のみの非接触電力伝送コイルの棒状コアの近傍に配置され、
前記非磁性導体は、前記送電側を除く前記受電側のみの非接触電力伝送コイルの棒状コアに接触するように配置され、又は、前記送電側を除く前記受電側のみの非接触電力伝送コイルの棒状コアに接触するように配置された基板にパターン形成され、
前記送電側を除く前記受電側のみの巻線は、前記非磁性導体を配置された前記送電側を除く前記受電側のみの非接触電力伝送コイルの棒状コアに巻回され、前記非磁性導体と絶縁される
ことを特徴とする、請求項２に記載の非接触電力伝送装置。

【請求項5】

前記非磁性導体は、前記送電側及び前記受電側の非接触電力伝送コイルが対向する空間内に、かつ、前記送電側及び／又は前記受電側の非接触電力伝送コイルのコアを固定している筐体に設置される
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の非接触電力伝送装置。

【請求項6】

請求項１から５のいずれかに記載の非接触電力伝送装置と、送電インバータと、を備え、
前記送電インバータから見た入力インピーダンスは、誘導性であり、
前記送電側の非接触電力伝送コイルと前記受電側の非接触電力伝送コイルとの間の非接触電力伝送は、ＳＳ（Ｓｅｒｉｅｓ－Ｓｅｒｉｅｓ）方式で行われる
ことを特徴とする非接触電力伝送システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、コイル間距離が可変である非接触電力伝送技術に関する。

【背景技術】

【0002】

コイル間距離が可変である非接触電力伝送技術が、扉取付部から扉電気錠又は扉照明器具へと非接触電力伝送する目的等に適用されている（例えば、特許文献１等を参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１７－１１５４４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、コイル間距離がある程度離れた状態において、送電周波数での共振条件を満たし電力伝送効率を上げるように、送受電側のコイルのインダクタンス及びコンデンサのキャパシタンスを設計する。ここで、コイル間距離がほぼ０に近づいた状態になると、コイル間距離がある程度離れた状態と比べて、一方側のコアから他方側のコイルへの鎖交磁束が大きくなり、送受電側のコイルのインダクタンスが大きくなる。よって、コイル間距離がほぼ０に近づいた状態では、コイル間距離がある程度離れた状態と異なり、送電周波数での共振条件を満たさず電力伝送効率を上げられない。

【0005】

そこで、前記課題を解決するために、本開示は、コイル間距離が可変である非接触電力伝送技術について、コイル間距離がほぼ０に近づいた状態においても、コイル間距離がある程度離れた状態と同様に、送電周波数での共振条件を満たし電力伝送効率を上げることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

前記課題を解決するために、コイル同士が対向する空間内に、非磁性導体を配置することとした。すると、一方側のコアから他方側のコイルへの鎖交磁束の一部が、非磁性導体での渦電流発生により打ち消される。よって、コイル間距離がほぼ０に近づいた状態においても、コイル間距離がある程度離れた状態と比べて、一方側のコアから他方側のコイルへの鎖交磁束はほとんど変化せず、他方側のコイルのインダクタンスもほとんど変化しない。

【0007】

具体的には、本開示は、巻線及びコアを備える非接触電力伝送コイルであって、他方側の非接触電力伝送コイルと対向する空間内に非磁性導体をさらに備えることを特徴とする非接触電力伝送コイルである。

【0008】

この構成によれば、コイル間距離が可変である非接触電力伝送技術について、コイル間距離がほぼ０に近づいた状態においても、コイル間距離がある程度離れた状態と同様に、送電周波数での共振条件を満たし電力伝送効率を上げることができる。

【0009】

また、本開示は、以上に記載の非接触電力伝送コイルを、送電側及び受電側にともに備え、前記非磁性導体は、前記コアの近傍に配置されることを特徴とする非接触電力伝送装置である。

【0010】

この構成によれば、送電側／受電側のコアから受電側／送電側のコイルへの鎖交磁束の一部が、非磁性導体での渦電流発生により打ち消される。よって、コイル間距離がほぼ０に近づいた状態においても、コイル間距離がある程度離れた状態と比べて、送電側／受電側のコアから受電側／送電側のコイルへの鎖交磁束はほとんど変化せず、受電側／送電側のコイルのインダクタンスもほとんど変化しない。そして、コイル間距離がほぼ０に近づいた状態においても、コイル間距離がある程度離れた状態と同様に、送電周波数での送電側及び受電側の共振条件を満たし電力伝送効率を上げることができる。

【0011】

また、本開示は、以上に記載の非接触電力伝送コイルを、送電側に備えず、受電側に備え、前記非磁性導体は、前記コアの近傍に配置されることを特徴とする非接触電力伝送装置である。

【0012】

この構成によれば、受電側のコアから送電側のコイルへの鎖交磁束の一部が、非磁性導体での渦電流発生により打ち消される。よって、コイル間距離がほぼ０に近づいた状態においても、コイル間距離がある程度離れた状態と比べて、受電側のコアから送電側のコイルへの鎖交磁束はほとんど変化せず、送電側のコイルのインダクタンスもほとんど変化しない。そして、コイル間距離がほぼ０に近づいた状態においても、コイル間距離がある程度離れた状態と同様に、送電周波数での送電側の共振条件を満たし電力伝送効率を上げることができる。なお、受電側のコイルのインダクタンスが少々変化しても、受電側の負荷の存在により受電側の共振Ｑ値は小さいため、送電周波数での受電側の共振条件がほぼ満たされる。また、送電側に非磁性導体を配置しないため、送電側での渦電流損失が小さくなる。

【0013】

また、本開示は、以上に記載の非接触電力伝送コイルを、送電側及び／又は受電側に備え、前記非磁性導体は、前記コアを固定している筐体に設置されることを特徴とする非接触電力伝送装置である。

【0014】

【0015】

また、本開示は、以上に記載の非接触電力伝送コイルに対して他方側の非接触電力伝送コイルのインダクタンスは、非接触電力伝送が可能な範囲内のコイル間距離に依存しないことを特徴とする非接触電力伝送装置である。

【0016】

この構成によれば、コイル間距離がほぼ０に近づいた状態においても、コイル間距離がある程度離れた状態と同様に、送電周波数での送電側及び／又は受電側の共振条件を満たし電力伝送効率を上げることができる。

【0017】

また、本開示は、以上に記載の非接触電力伝送装置と、送電インバータと、を備え、前記送電インバータから見た入力インピーダンスは、誘導性であり、送電側と受電側との間の非接触電力伝送は、ＳＳ（Ｓｅｒｉｅｓ‐Ｓｅｒｉｅｓ）方式で行われることを特徴とする非接触電力伝送システムである。

【0018】

【0019】

ところで、図８から図１０に示すように、送電インバータから見た入力インピーダンスは、若干誘導性であることが望ましい。ここで、コイル間距離がほぼ０に近づいた状態においては、コイル間距離がある程度離れた状態と比べて、送電インバータから見た入力インピーダンスの誘導性が大きくなり過ぎるときには、送電インバータの安定動作をできないとともに、送電インバータの出力電圧を高くする必要がある。しかし、コイル間距離がほぼ０に近づいた状態においても、コイル間距離がある程度離れた状態と比べて、送電インバータから見た入力インピーダンスの誘導性がほとんど変化しないときには、送電インバータの安定動作をできるとともに、送電インバータの出力電圧を高くする必要がない。

【発明の効果】

【0020】

このように、本開示は、コイル間距離が可変である非接触電力伝送技術について、コイル間距離がほぼ０に近づいた状態においても、コイル間距離がある程度離れた状態と同様に、送電周波数での共振条件を満たし電力伝送効率を上げることができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】従来の非接触電力伝送システムの構成を示す図である。

【図2】本開示の第１の非接触電力伝送システムの構成を示す図である。

【図3】本開示の第２の非接触電力伝送システムの構成を示す図である。

【図4】本開示の第３の非接触電力伝送システムの構成を示す図である。

【図5】本開示の第１の非接触電力伝送コイルの構成を示す図である。

【図6】本開示の第２の非接触電力伝送コイルの構成を示す図である。

【図7】本開示の第３の非接触電力伝送コイルの構成を示す図である。

【図8】本開示の送電インバータの構成を示す図である。

【図9】比較例の送電インバータの貫通電流及び損失を示す図である。

【図10】本開示の送電インバータの貫通電流及び損失を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

添付の図面を参照して本開示の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本開示の実施の例であり、本開示は以下の実施形態に制限されるものではない。

【0023】

従来の非接触電力伝送システムの構成を図１に示す。従来の非接触電力伝送システムＳは、送電側において非接触電力伝送コイル１Ｔ、送電インバータ２及びコンデンサ３から構成され、受電側において非接触電力伝送コイル１Ｒ、コンデンサ４及び負荷５から構成される。非接触電力伝送コイル１Ｔは、巻線１１Ｔ及びコア１２Ｔから構成される。非接触電力伝送コイル１Ｒは、巻線１１Ｒ及びコア１２Ｒから構成される。

【0024】

非接触電力伝送コイル１Ｔ（インダクタンスＬ_Ｔ）とコンデンサ３（キャパシタンスＣ_Ｔ）とは、直列に接続される。非接触電力伝送コイル１Ｒ（インダクタンスＬ_Ｒ）とコンデンサ４（キャパシタンスＣ_Ｒ）とは、直列に接続される。このような接続方式をＳＳ（Ｓｅｒｉｅｓ‐Ｓｅｒｉｅｓ）方式という。ＳＳ方式を採用することにより、送電周波数ｆでの送電側及び受電側の共振条件を満たすときに電力伝送効率が高くなる。

【0025】

コア１２Ｔ、１２Ｒは、それぞれ棒状コアである。非接触電力伝送コイル１Ｔ、１Ｒの延伸軸は、互いに並行するとともに、互いの距離を可変とする。例えば、非接触電力伝送コイル１Ｔは、直線上をスライドする扉の取付部に配置される。そして、非接触電力伝送コイル１Ｒは、直線上をスライドする扉の電気錠又は照明器具に給電する。

【0026】

コイル間距離がある程度離れた状態において、送電周波数ｆでの共振条件を満たし電力伝送効率を上げるように、非接触電力伝送コイル１Ｔ、１ＲのインダクタンスＬ_Ｔ、Ｌ_Ｒ及びコンデンサ３、４のキャパシタンスＣ_Ｔ、Ｃ_Ｒを設計する。

【0027】

コイル間距離がほぼ０に近づいた状態になると、コイル間距離がある程度離れた状態と比べて、コア１２Ｔ／１２Ｒから非接触電力伝送コイル１Ｒ／１Ｔへの鎖交磁束が大きくなり、非接触電力伝送コイル１Ｒ／１ＴのインダクタンスＬ_Ｒ／Ｌ_Ｔが大きくなる。よって、コイル間距離がほぼ０に近づいた状態では、コイル間距離がある程度離れた状態と異なり、送電周波数ｆでの送電側及び受電側の共振条件を満たさず電力伝送効率を上げられない。

【0028】

図８から図１０に示すように、送電インバータ２から見た入力インピーダンスＺ_ＩＮは、若干誘導性であることが望ましい。ここで、コイル間距離がほぼ０に近づいた状態においては、コイル間距離がある程度離れた状態と比べて、送電インバータ２から見た入力インピーダンスＺ_ＩＮの誘導性が大きくなり過ぎるときには、送電インバータ２の安定動作をできないとともに、送電インバータ２の出力電圧を高くする必要がある。

【0029】

本開示の第１の非接触電力伝送システムの構成を図２に示す。本開示の第１の非接触電力伝送システムＳにおいて、従来の非接触電力伝送システムＳに加えて、非接触電力伝送コイル１Ｔは、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ及びＡｕ等の非磁性導体１３Ｔを備え、非接触電力伝送コイル１Ｒは、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ及びＡｕ等の非磁性導体１３Ｒを備える。

【0030】

非磁性導体１３Ｔは、非接触電力伝送コイル１Ｒと対向する空間内に、かつ、コア１２Ｔの近傍に配置される。非磁性導体１３Ｒは、非接触電力伝送コイル１Ｔと対向する空間内に、かつ、コア１２Ｒの近傍に配置される。

【0031】

コア１２Ｔ／１２Ｒから非接触電力伝送コイル１Ｒ／１Ｔへの鎖交磁束の一部が、非磁性導体１３Ｔ／１３Ｒでの渦電流発生により打ち消される。よって、コイル間距離がほぼ０に近づいた状態においても、コイル間距離がある程度離れた状態と比べて、コア１２Ｔ／１２Ｒから非接触電力伝送コイル１Ｒ／１Ｔへの鎖交磁束はほとんど変化せず、非接触電力伝送コイル１Ｒ／１ＴのインダクタンスＬ_Ｒ／Ｌ_Ｔもほとんど変化しない。そして、コイル間距離がほぼ０に近づいた状態においても、コイル間距離がある程度離れた状態と同様に、送電周波数ｆでの送電側及び受電側の共振条件を満たし電力伝送効率を上げることができる。

【0032】

図８から図１０に示すように、送電インバータ２から見た入力インピーダンスＺ_ＩＮは、若干誘導性であることが望ましい。ここで、コイル間距離がほぼ０に近づいた状態においても、コイル間距離がある程度離れた状態と比べて、送電インバータ２から見た入力インピーダンスＺ_ＩＮの誘導性がほとんど変化しないときには、送電インバータ２の安定動作をできるとともに、送電インバータ２の出力電圧を高くする必要がない。

【0033】

なお、非磁性導体１３Ｔ／１３Ｒのサイズは、以下の基準で設計されることが望ましい：（１）コア１２Ｔ／１２Ｒから非接触電力伝送コイル１Ｒ／１Ｔへの鎖交磁束の一部が、渦電流発生により打ち消されること、（２）コア１２Ｔ／１２Ｒから非接触電力伝送コイル１Ｒ／１Ｔへの鎖交磁束の全部が、渦電流発生により打ち消されるわけではないこと。

【0034】

例えば、非接触電力伝送コイル１Ｔ／１Ｒの延伸軸と平行方向における非磁性導体１３Ｔ／１３Ｒのサイズは、巻線１１Ｔ／１１Ｒの巻回長以上であり、コア１２Ｔ／１２Ｒの延伸長以下であることが望ましい。そして、非接触電力伝送コイル１Ｔ／１Ｒの延伸軸と垂直方向における非磁性導体１３Ｔ／１３Ｒのサイズは、巻線１１Ｔ／１１Ｒの巻回径以下であり、コア１２Ｔ／１２Ｒの径以下であることが望ましい。

【0035】

本開示の第２の非接触電力伝送システムの構成を図３に示す。本開示の第２の非接触電力伝送システムＳにおいて、従来の非接触電力伝送システムＳに加えて、非接触電力伝送コイル１Ｒは、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ及びＡｕ等の非磁性導体１３Ｒを備えるが、非接触電力伝送コイル１Ｔは、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ及びＡｕ等の非磁性導体１３Ｔを備えない。

【0036】

非磁性導体１３Ｒは、非接触電力伝送コイル１Ｔと対向する空間内に、かつ、コア１２Ｒの近傍に配置される。非磁性導体１３Ｔは、上記のように配置されない。

【0037】

コア１２Ｒから非接触電力伝送コイル１Ｔへの鎖交磁束の一部が、非磁性導体１３Ｒでの渦電流発生により打ち消される。よって、コイル間距離がほぼ０に近づいた状態においても、コイル間距離がある程度離れた状態と比べて、コア１２Ｒから非接触電力伝送コイル１Ｔへの鎖交磁束はほとんど変化せず、非接触電力伝送コイル１ＴのインダクタンスＬ_Ｔもほとんど変化しない。そして、コイル間距離がほぼ０に近づいた状態においても、コイル間距離がある程度離れた状態と同様に、送電周波数ｆでの送電側の共振条件を満たし電力伝送効率を上げることができる。

【0038】

なお、非接触電力伝送コイル１ＲのインダクタンスＬ_Ｒが少々変化しても、負荷５（抵抗値Ｒ）の存在により受電側の共振Ｑ値は小さいため、送電周波数ｆでの受電側の共振条件がほぼ満たされる。また、送電側に非磁性導体１３Ｔを配置しないため、送電側での渦電流損失が小さくなり、電力伝送効率を上げることができる。

【0039】

【0040】

なお、非磁性導体１３Ｒのサイズは、以下の基準で設計されることが望ましい：（１）コア１２Ｒから非接触電力伝送コイル１Ｔへの鎖交磁束の一部が、渦電流発生により打ち消されること、（２）コア１２Ｒから非接触電力伝送コイル１Ｔへの鎖交磁束の全部が、渦電流発生により打ち消されるわけではないこと。

【0041】

例えば、非接触電力伝送コイル１Ｒの延伸軸と平行方向における非磁性導体１３Ｒのサイズは、巻線１１Ｒの巻回長以上であり、コア１２Ｒの延伸長以下であることが望ましい。そして、非接触電力伝送コイル１Ｒの延伸軸と垂直方向における非磁性導体１３Ｒのサイズは、巻線１１Ｒの巻回径以下であり、コア１２Ｒの径以下であることが望ましい。

【0042】

本開示の第３の非接触電力伝送システムの構成を図４に示す。本開示の第３の非接触電力伝送システムＳにおいて、従来の非接触電力伝送システムＳに加えて、非接触電力伝送コイル１Ｔ及び／又は１Ｒは、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ及びＡｕ等の非磁性導体１３を備える。

【0043】

非磁性導体１３は、非接触電力伝送コイル１Ｔ、１Ｒが対向する空間内に、かつ、コア１２Ｔ及び／又は１２Ｒを固定している筐体に設置される。

【0044】

コア１２Ｔ／１２Ｒから非接触電力伝送コイル１Ｒ／１Ｔへの鎖交磁束の一部が、非磁性導体１３での渦電流発生により打ち消される。よって、コイル間距離がほぼ０に近づいた状態においても、コイル間距離がある程度離れた状態と比べて、コア１２Ｔ／１２Ｒから非接触電力伝送コイル１Ｒ／１Ｔへの鎖交磁束はほとんど変化せず、非接触電力伝送コイル１Ｒ／１ＴのインダクタンスＬ_Ｒ／Ｌ_Ｔもほとんど変化しない。そして、コイル間距離がほぼ０に近づいた状態においても、コイル間距離がある程度離れた状態と同様に、送電周波数ｆでの送電側及び受電側の共振条件を満たし電力伝送効率を上げることができる。

【0045】

また、送受電側の対向空間内に非磁性導体１３を配置するため、送電側及び受電側での渦電流損失が小さくなり、電力伝送効率を上げることができる。

【0046】

【0047】

なお、非磁性導体１３のサイズは、以下の基準で設計されることが望ましい：（１）コア１２Ｔ／１２Ｒから非接触電力伝送コイル１Ｒ／１Ｔへの鎖交磁束の一部が、渦電流発生により打ち消されること、（２）コア１２Ｔ／１２Ｒから非接触電力伝送コイル１Ｒ／１Ｔへの鎖交磁束の全部が、渦電流発生により打ち消されるわけではないこと。

【0048】

例えば、非接触電力伝送コイル１Ｔ、１Ｒの延伸軸と平行方向における非磁性導体１３のサイズは、巻線１１Ｔ、１１Ｒの巻回長以上であり、コア１２Ｔ、１２Ｒの延伸長以下であることが望ましい。そして、非接触電力伝送コイル１Ｔ、１Ｒの延伸軸と垂直方向における非磁性導体１３のサイズは、巻線１１Ｔ、１１Ｒの巻回径以下であり、コア１２Ｔ、１２Ｒの径以下であることが望ましい。

【0049】

本開示の第１の非接触電力伝送コイルの構成を図５に示す。本開示の第１の非接触電力伝送コイル１は、巻線１１、コア１２、非磁性導体１３及び筐体１４から構成される。図５の左欄に平面図を示し、図５の右欄に正面Ａ－Ａ断面図を示す。

【0050】

巻線１１は、コア１２に巻回される。非磁性導体１３は、巻線１１を巻回されたコア１２の直上に配置され、巻線１１と絶縁される。筐体１４は、アルミニウム等の筐体であり、巻線１１、コア１２及び非磁性導体１３を埋め込む窪みを有する。なお、巻線１１の入力及び出力の配線（図５に不図示。）は、筐体１４の内部で引き回される。

【0051】

非接触電力伝送コイル１の延伸軸と平行方向における非磁性導体１３のサイズは、コア１２の延伸長程度である。非接触電力伝送コイル１の延伸軸と垂直方向における非磁性導体１３のサイズは、巻線１１の巻回径以下であり、コア１２の径以下である。

【0052】

本開示の第１の非接触電力伝送コイル１は、図２に示した非接触電力伝送コイル１Ｔ、１Ｒ又は図３に示した非接触電力伝送コイル１Ｒに代えて適用することができる。

【0053】

本開示の第２の非接触電力伝送コイルの構成を図６に示す。本開示の第２の非接触電力伝送コイル１は、巻線１１、コア１２、非磁性導体１３及び筐体１４から構成される。図６の左欄に平面図を示し、図６の右欄に正面Ｂ－Ｂ断面図を示す。

【0054】

非磁性導体１３は、コア１２の直上に配置され、又は、コア１２の直上に配置された樹脂等の基板（図６に不図示。）にパターン形成される。巻線１１は、非磁性導体１３を配置されたコア１２に巻回され、非磁性導体１３と絶縁される。筐体１４は、アルミニウム等の筐体であり、巻線１１、コア１２及び非磁性導体１３を埋め込む窪みを有する。なお、巻線１１の入力及び出力の配線（図６に不図示。）は、筐体１４の内部で引き回される。

【0055】

【0056】

本開示の第２の非接触電力伝送コイル１は、図２に示した非接触電力伝送コイル１Ｔ、１Ｒ又は図３に示した非接触電力伝送コイル１Ｒとして適用することができる。

【0057】

本開示の第３の非接触電力伝送コイルの構成を図７に示す。本開示の第３の非接触電力伝送コイル１は、巻線１１、コア１２、非磁性導体１３及び筐体１４から構成される。図７の左欄に平面図を示し、図７の右欄に正面Ｃ－Ｃ断面図を示す。

【0058】

巻線１１は、コア１２に巻回される。筐体１４は、アルミニウム等の筐体であり、巻線１１及びコア１２を埋め込む窪みを有する。非磁性導体１３は、筐体１４が有する窪みの上部に配置され、巻線１１及びコア１２と間隔を有し、巻線１１と絶縁される。なお、巻線１１の入力及び出力の配線（図７に不図示。）は、筐体１４の内部で引き回される。

【0059】

【0060】

本開示の第３の非接触電力伝送コイル１は、図４に示した非接触電力伝送コイル１Ｔ、及び／又は非接触電力伝送コイル１Ｒとして適用することができる。

【0061】

本実施形態では、コア１２Ｔ、１２Ｒは、それぞれ棒状コアであり、非接触電力伝送コイル１Ｔ、１Ｒの延伸軸は、互いに並行するとともに、互いの距離を可変とする。変形例として、コア１２Ｔ、１２Ｒは、それぞれ棒状コアであり、非接触電力伝送コイル１Ｔ、１Ｒの棒状コア末端は、互いに対向するとともに、互いの距離を可変としてもよい。

【0062】

変形例においても、非磁性導体１３のサイズは、以下の基準で設計されることが望ましい：（１）コア１２Ｔ／１２Ｒから非接触電力伝送コイル１Ｒ／１Ｔへの鎖交磁束の一部が、渦電流発生により打ち消されること、（２）コア１２Ｔ／１２Ｒから非接触電力伝送コイル１Ｒ／１Ｔへの鎖交磁束の全部が、渦電流発生により打ち消されるわけではないこと。

【0063】

送電周波数ｆがＭＨｚのオーダーであるときには、非磁性導体１３での渦電流発生による非磁性導体１３での発熱は少ない。送電周波数ｆがｋＨｚのオーダーであるときには、非磁性導体１３での渦電流発生による非磁性導体１３での発熱があるが、送電インバータ２の出力電圧が低ければよく、又は、非磁性導体１３の冷却機構があればよい。

【0064】

本開示の送電インバータの構成を図８に示す。送電インバータ２は、フルブリッジ回路であり、ハイサイドトランジスタ２ＡＨ、ローサイドトランジスタ２ＡＬ、ハイサイドトランジスタ２ＢＨ及びローサイドトランジスタ２ＢＬから構成される。

【0065】

ハイサイドトランジスタ２ＡＨに印加される電圧及びこれに流れる電流を、各々、Ｖ_ＡＨ及びＩ_ＡＨとする。ローサイドトランジスタ２ＡＬに印加される電圧及びこれに流れる電流を、各々、Ｖ_ＡＬ及びＩ_ＡＬとする。ハイサイドトランジスタ２ＢＨに印加される電圧及びこれに流れる電流を、各々、Ｖ_ＢＨ及びＩ_ＢＨとする。ローサイドトランジスタ２ＢＬに印加される電圧及びこれに流れる電流を、各々、Ｖ_ＢＬ及びＩ_ＢＬとする。送電インバータ２から出力される電圧及びこれから流れる電流を、各々、Ｖ_Ｔ及びＩ_Ｔとする。

【0066】

比較例の送電インバータの貫通電流及び損失を図９に示す。比較例の送電インバータ２では、送電インバータ２から見た入力インピーダンスＺ_ＩＮは、純抵抗より若干分だけ容量性である。つまり、電流Ｉ_Ｔの位相は、電圧Ｖ_Ｔの位相より、若干分だけ進んでいる。

【0067】

ここで、ハイサイドトランジスタ２ＡＨ（２ＢＨ）がオンからオフへと切り替わり、ローサイドトランジスタ２ＡＬ（２ＢＬ）がオフからオンへと切り替わる時について考える。この時、ハイサイドトランジスタ２ＡＨ（２ＢＨ）のボディダイオードには、順方向に電流Ｉ_ＡＨ（Ｉ_ＢＨ）＜０が流れる。そこに、ハイサイドトランジスタ２ＡＨ（２ＢＨ）に、電圧Ｖ_ＡＨ（Ｖ_ＢＨ）＞０が印加される。すると、ハイサイドトランジスタ２ＡＨ（２ＢＨ）のボディダイオードには、逆方向にリカバリ電流が流れる。よって、ハイサイドトランジスタ２ＡＨ（２ＢＨ）からローサイドトランジスタ２ＡＬ（２ＢＬ）へと、黒丸で示した大きさの貫通電流が流れる。そして、送電インバータ２において、黒丸で示した大きさの損失が生じる。なお、ハイサイドトランジスタ２ＡＨ（２ＢＨ）がオフからオンへと切り替わり、ローサイドトランジスタ２ＡＬ（２ＢＬ）がオンからオフへと切り替わる時についても、以上の説明と同様となる。

【0068】

本開示の送電インバータの貫通電流及び損失を図１０に示す。本開示の送電インバータ２では、送電インバータ２から見た入力インピーダンスＺ_ＩＮは、純抵抗より若干分だけ誘導性である。つまり、電流Ｉ_Ｔの位相は、電圧Ｖ_Ｔの位相より、若干分だけ遅れている。

【0069】

ここで、ハイサイドトランジスタ２ＡＨ（２ＢＨ）がオンからオフへと切り替わり、ローサイドトランジスタ２ＡＬ（２ＢＬ）がオフからオンへと切り替わる時について考える。この時、ハイサイドトランジスタ２ＡＨ（２ＢＨ）のボディダイオードには、順方向に電流Ｉ_ＡＨ（Ｉ_ＢＨ）＜０が流れるわけではない。よって、ハイサイドトランジスタ２ＡＨ（２ＢＨ）からローサイドトランジスタ２ＡＬ（２ＢＬ）へと、図９の黒丸で示した大きさの貫通電流が流れるわけではない。そして、送電インバータ２において、図９の黒丸で示した大きさの損失が生じるわけではない。なお、ハイサイドトランジスタ２ＡＨ（２ＢＨ）がオフからオンへと切り替わり、ローサイドトランジスタ２ＡＬ（２ＢＬ）がオンからオフへと切り替わる時についても、以上の説明と同様となる。

【0070】

そこで、送電インバータ２から見た入力インピーダンスＺ_ＩＮは、純抵抗より若干分だけ誘導性であることが望ましい。ここで、「純抵抗より若干分だけ誘導性である」とは、非接触電力伝送効率の最適化と、送電インバータ２における損失の低減と、を両立させる程度に、電流Ｉ_Ｔの位相を電圧Ｖ_Ｔの位相より遅らせる（位相差の最大限は、π／４ｒａｄ。）ことをいう。

【産業上の利用可能性】

【0071】

本開示の非接触電力伝送コイル、非接触電力伝送装置及び非接触電力伝送システムは、コイル間距離が可変である非接触電力伝送に適用することができ、例えば、扉取付部から扉電気錠又は扉照明器具へと非接触電力伝送する目的等に適用することができる。

【符号の説明】

【0072】

Ｓ：非接触電力伝送システム
１、１Ｔ、１Ｒ：非接触電力伝送コイル
２：送電インバータ
２ＡＨ：ハイサイドトランジスタ
２ＡＬ：ローサイドトランジスタ
２ＢＨ：ハイサイドトランジスタ
２ＢＬ：ローサイドトランジスタ
３、４：コンデンサ
５：負荷
１１、１１Ｔ、１１Ｒ：巻線
１２、１２Ｔ、１２Ｒ：コア
１３、１３Ｔ、１３Ｒ：非磁性導体
１４：筐体

【図1】