JP2015047046A - 非接触電力伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】漏洩電磁界の低減を図るとともに、伝送効率の高い電力伝送システムを提供する。
【解決手段】送電コイル２４０は、互いに水平方向に間隔をあけて配置され、流れる電流が互いに逆位相となるように構成された第１単位コイル２４０Ａおよび第２単位コイル２４０Ｂを含む。受電コイル１１０は、互いに水平方向に間隔をあけて配置され、流れる電流が互いに逆位相となるように構成された第３単位コイル１１０Ａおよび第４単位コイル１１０Ｂを含む。第１〜第４単位コイルの各々の巻回軸線は、水平方向に向くように配置される。第１単位コイル２４０Ａと第２単位コイル２４０Ｂとの間の距離は、第１単位コイル２４０Ａと第３単位コイル１１０Ａとの間の距離よりも長い。第３単位コイル１１０Ａと第４単位コイル１１０Ｂとの間の距離は、第２単位コイル２４０Ｂと第４単位コイル１１０Ｂとの間の距離よりも長い。
【選択図】図１

Description

この発明は、非接触電力伝送システムに関し、より特定的には、電磁界による非接触給電の際に発生する漏洩電磁界を低減することができるコイル構造に関する。

環境に配慮した車両として、電気自動車やハイブリッド車などの電動車両が大きく注目されている。これらの車両は、走行駆動力を発生する電動機と、その電動機に供給される電力を蓄える再充電可能な蓄電装置とを搭載する。なお、ハイブリッド車には、電動機とともに内燃機関をさらに動力源として搭載した車両や、車両駆動用の直流電源として蓄電装置とともに燃料電池をさらに搭載した車両等が含まれる。

特開２０１１−２３４４９６号公報（特許文献１）は、蓄電装置を搭載した車両に非接触で電力を伝送する非接触給電システムを開示する。

特開２０１１−２３４４９６号公報 特開２０１０−０７００４８号公報

非接触で電力の伝送を行なう場合には、周囲に電磁界の漏洩が生じることを抑制するために送電コイルを覆うシールドと、受電コイルを覆うシールド配置することが行なわれる。しかし、各シールドには、電力伝送を行なうために開口部を形成する必要がある。このため、シールドを設けていても開口部から磁界が外部に漏れ出てしまう。

特開２０１１−２３４４９６号公報に記載された非接触給電システムでは、受電コイル及び送電コイルをそれぞれ複数のコイルを含む構成とする。たとえば、送電コイルは、第１コイルと第２コイルとを含み、第１コイルの磁界と第２コイルの磁界とが逆位相となるように送電コイルが形成されている。なお、受電コイルも同様に形成されている。

上記公報の非接触給電システムでは、各コイルの巻回軸線が鉛直方向に延びるように各コイルが配置されている。その一方で、電力伝送効率や送受電コイルの位置ずれ時の電力伝送特性の観点から、巻回軸線が水平方向に向くようにコイルを配置する構成の採用が近年検討されている。

上記公報の非接触給電システムのように、送電コイルや受電コイルの巻回軸線が鉛直方向を向くように配置した構成では、巻回軸線が水平方向に向くようにコイルを配置する構成よりも電力伝送効率が高くないという問題が生じる。

本発明の目的は、巻回軸線が水平方向に向くように配置されたコイルが採用された電力伝送システムにおいて、漏洩電磁界の低減を図るとともに、伝送効率の高い電力伝送システムを提供することである。

この発明は、要約すると、送電コイルと、受電コイルとを備え、送電コイルから受電コイルに非接触で電力を伝送する非接触電力伝送システムにおいて、送電コイルは、第１の面において互いに第１方向に間隔をあけて配置され、流れる電流が互いに逆位相となるように構成された第１単位コイルおよび第２単位コイルを含み、受電コイルは、第１の面に平行な第２の面において互いに第１方向に間隔をあけて配置され、流れる電流が互いに逆位相となるように構成された第３単位コイルおよび第４単位コイルを含む。第１および第２単位コイルの巻回軸線は、第１の面において第１方向に交差する方向に沿って平行に配置され、第３および第４単位コイルの巻回軸線は、第２の面において第１方向に交差する方向に沿って平行に配置される。第１単位コイルと第２単位コイルとの間の距離は、第１単位コイルと第３単位コイルとの間の距離よりも長く、第３単位コイルと第４単位コイルとの間の距離は、第２単位コイルと第４単位コイルとの間の距離よりも長い。

本発明によれば、非接触電力伝送時の電力伝送効率の向上を図ることができるとともに、漏洩電磁界の低減を図ることができる。

基本的な非接触電力伝送システムを示す全体構成図である。 図１に示した電力伝送システムにおいて非接触電力伝送を実現する電気回路図である。 送電コイル（および受電コイル）の具体的な形状を示す斜視図である。 送電コイル（および受電コイル）に流れる電流の位相を説明するための概略的な側面図である。 受電コイル１１０と送電コイル２４０とが対向している様子を示した図である。 コイル間隔ＡＷと結合係数および電力伝送効率との関係を示したグラフである。 位置ずれ量Ｄと結合係数ｋおよび電力伝送効率との関係を示した図である。 本実施の形態の非接触電力伝送システムの漏洩磁界と比較例の非接触電力伝送システムとの漏洩磁界とを比較して示した図である。 比較例（標準コイル）の非接触電力伝送システムのシミュレーション条件を説明するための図である。 本実施の形態の非接触電力伝送システムのシミュレーション条件を説明するための図である。 比較例（標準コイル）の非接触電力伝送システムのシミュレーション結果を示した図である。 本実施の形態の非接触電力伝送システムのシミュレーション結果を示した図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

本実施の形態では、非接触電力伝送システムにおいて、一次コイルおよび二次コイルの各々を、巻回軸が水平方向のソレノイドコイルを平行に２個ずつ配置する構成とした。そして、コイルを配置する際に、２個のコイルに逆位相に電流が流れるように一次コイル、二次コイルの各々を構成した。これにより、漏洩電磁界のエミッションレベルを大幅に低減させることが可能となる。

以下に、システムの全体構成、送電コイルの構成、漏洩磁界の様子について順に説明する。
［システムの全体構成］
図１は、基本的な非接触電力伝送システムを示す全体構成図である。図１を参照して、非接触電力伝送システムは、車両１００と、給電装置２００とを備える。

車両１００は、受電コイル１１０と、整流回路１３０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０と、蓄電装置１５０と、パワーコントロールユニット（以下「ＰＣＵ（Power Control Unit）」とも称する。）１６０と、モータ１７０と、車両ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１８０とを含む。

なお、車両１００の構成は、モータにより駆動される車両であれば、図１に示される構成に限らない。たとえば、車両１００は、モータと内燃機関とを備えるハイブリッド車両や、燃料電池を備える燃料電池自動車、電気自動車などを含む。

受電コイル１１０は、たとえば車体下部に設置される。受電コイル１１０は、ＬＣ共振器であり、給電装置２００の送電コイル２４０と電磁場を介して共鳴することにより給電装置２００から電力を受電する。なお、受電コイル１１０の容量成分は、キャパシタ１１１として図示されているが、コイルの寄生容量であっても良いし、所定の静電容量を得るために別途キャパシタをコイルに接続してもよい。

本実施の形態では、受電コイル１１０は、漏洩電磁界の低減を図るために、単位コイル１１０Ａと単位コイル１１０Ｂとを含んで構成される。単位コイル１１０Ａと単位コイル１１０Ｂは、互いに水平方向に間隔をあけて配置され、電力伝送時には流れる電流が互いに逆位相となるように構成される。

受電コイル１１０は、給電装置２００の送電コイル２４０との距離や、送電コイル２４０および受電コイル１１０の共鳴周波数等に基づいて、送電コイル２４０と受電コイル１１０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κ等が大きくなるようにその巻数が適宜設定される。

整流回路１３０は、受電コイル１１０によって受電された交流電力を整流して直流電力をＤＣ／ＤＣコンバータ１４０へ出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０は、車両ＥＣＵ１８０からの制御信号に基づいて、整流回路１３０によって整流された電力を蓄電装置１５０の電圧レベルになるように変換して蓄電装置１５０へ出力する。なお、車両を走行しながら給電装置２００から受電する場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０は、整流回路１３０によって整流された電力をシステム電圧に変換してＰＣＵ１６０へ直接供給してもよい。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０は、必ずしも必要ではなく、受電コイル１１０によって受電された交流電力が整流回路１３０によって整流された後に蓄電装置１５０に直接与えられるようにしてもよい。

蓄電装置１５０は、再充電可能な直流電源であり、たとえばリチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池を含んで構成される。蓄電装置１５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０から供給される電力を蓄えるほか、モータ１７０によって発電される回生電力も蓄える。そして、蓄電装置１５０は、その蓄えた電力をＰＣＵ１６０へ供給する。なお、蓄電装置１５０として大容量のキャパシタも採用可能であり、給電装置２００から供給される電力やモータ１７０からの回生電力を一時的に蓄え、その蓄えた電力をＰＣＵ１６０へ供給可能な電力バッファであれば如何なるものでもよい。

ＰＣＵ１６０は、蓄電装置１５０から出力される電力、あるいはＤＣ／ＤＣコンバータ１４０から直接供給される電力によってモータ１７０を駆動する。また、ＰＣＵ１６０は、モータ１７０により発電された回生電力（交流電力）を直流電力に変換して蓄電装置１５０へ出力し、蓄電装置１５０を充電する。モータ１７０は、ＰＣＵ１６０によって駆動され、車両走行のための駆動力を発生して駆動輪へ出力する。また、モータ１７０は、駆動輪や、ハイブリッド車両の場合には図示されないエンジンから受ける運動エネルギによって発電し、その発電した電力をＰＣＵ１６０へ出力する。

車両ＥＣＵ１８０は、いずれも図１には図示しないがＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置および入出力バッファを含み、各センサ等からの信号の受信や各機器への制御信号の出力を行なうとともに、車両１００および各機器の制御を行なう。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。なお、図１においては、車両ＥＣＵ１８０が、車両１００の走行制御、および給電装置２００からの電力の受電制御の両方を行なう構成としているが、制御装置の構成はこれに限定されない。すなわち、車両１００が、機器ごとあるいは機能ごとに対応した制御装置を個別に備える構成とすることもできる。たとえば、受電制御を主として行なうための受電ＥＣＵを備える構成としてもよい。

車両ＥＣＵ１８０は、給電装置２００から車両１００への給電時、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０を制御する。車両ＥＣＵ１８０は、たとえば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０を制御することによって、整流回路１３０とＤＣ／ＤＣコンバータ１４０との間の電圧を所定の目標電圧に制御する。また、車両ＥＣＵ１８０は、車両の走行時は、車両の走行状況や蓄電装置１５０の充電状態（「ＳＯＣ（State Of Charge）」とも称される。）に基づいてＰＣＵ１６０を制御する。

一方、給電装置２００は、交流電源２１０と、電源部２２０と、送電コイル２４０とを含む。

交流電源２１０は、車両外部の電源であり、たとえば商用電源である。電源部２２０は、交流電源２１０から受ける電力を高周波の電力に変換し、その変換した高周波電力を送電コイル２４０へ供給する。

送電コイル２４０は、たとえば地面近傍に設置される。送電コイル２４０は、受電コイル１１０と同様に、ＬＣ共振器であり、車両１００の受電コイル１１０と電磁場を介して共鳴することにより車両１００へ電力を送電する。なお、送電コイル２４０の容量成分もキャパシタ２４１として図示されているが、コイルの寄生容量であっても良いし、所定の静電容量を得るために別途キャパシタをコイルに接続してもよい。

本実施の形態では、送電コイル２４０は、漏洩電磁界の低減を図るために、単位コイル２４０Ａと単位コイル２４０Ｂとを含んで構成される。単位コイル２４０Ａと単位コイル２４０Ｂは、互いに水平方向に間隔をあけて配置され、電力伝送時には流れる電流が互いに逆位相となるように構成される。

図２は、図１に示した電力伝送システムにおいて非接触電力伝送を実現する電気回路図である。なお、この図２に示される回路構成は一例であって、非接触電力伝送を実現するための構成が図２の構成に限定されるものではない。

図２を参照して、車両１００の受電部１２０は、受電コイル１１０と、キャパシタ１１１とを含む。受電コイル１１０は、給電装置２００の送電部２５０から非接触で受電し、その受電された電力をフィルタ１２５へ出力する。キャパシタ１１１は、受電コイル１１０に直列に接続されて受電コイル１１０とＬＣ共振回路を形成する。キャパシタ１１１は、受電部１２０の共振周波数を調整するために設けられる。キャパシタ１１１は、受電コイル１１０に並列に接続してもよい。なお、受電コイル１１０の浮遊容量を利用して所望の共振周波数が得られる場合には、キャパシタ１１１を設けない構成としてもよい。

電圧センサ１２３は、受電部１２０の電圧を検出し、その検出値を車両ＥＣＵ１８０へ出力する。電流センサ１２２は、受電部１２０の電流を検出し、その検出値を車両ＥＣＵ１８０へ出力する。

受電部１２０と整流回路１３０との間には、フィルタ１２５が設けられる。フィルタ１２５は、給電装置２００からの受電時に整流回路１３０から発生する高調波ノイズを抑制する。一例として、フィルタ１２５は、受電部１２０に並列に接続されるキャパシタと、キャパシタの接続ノードの一方と整流回路１３０との間に設けられるコイルとを含むＬＣフィルタによって構成される。

整流回路１３０と蓄電装置１５０との間には、リレー１４５が設けられる。リレー１４５は、給電装置２００による蓄電装置１５０の充電時に車両ＥＣＵ１８０によってオンされる。蓄電装置１５０と動力生成装置１５４との間には、システムメインリレー（ＳＭＲ）１５２が設けられる。ＳＭＲ１５２は、動力生成装置１５４の起動が要求されると、車両ＥＣＵ１８０によってオンされる。動力生成装置１５４は、図１のＰＣＵ１６０とモータ１７０に相当する。

なお、車両ＥＣＵ１８０は、給電装置２００による蓄電装置１５０の充電時には、通信装置１９０を用いて給電装置２００と通信を行ない、充電の開始／停止や車両１００の受電状況等の情報を給電装置２００とやり取りする。

一方、給電装置２００の送電部２５０は、送電コイル２４０と、キャパシタ２４１とを含む。送電コイル２４０は、電源部２２０から供給される電力を車両１００の受電部１２０へ非接触で送電する。キャパシタ２４１は、送電コイル２４０に直列に接続されて送電コイル２４０とＬＣ共振回路を形成する。キャパシタ２４１は、送電部２５０の共振周波数を調整するために設けられる。キャパシタ２４１は、送電コイル２４０に並列に接続してもよい。なお、送電コイル２４０の浮遊容量を利用して所望の共振周波数が得られる場合には、キャパシタ２４１を設けない構成としてもよい。

電源部２２０と送電部２５０との間には、フィルタ２３０が設けられる。フィルタ２３０は、電源部２２０から発生する高調波ノイズを抑制する。一例として、フィルタ２３０は、電源部２２０に並列に接続されるキャパシタと、キャパシタの接続ノードの一方と電源部２２０との間に設けられるコイルとを含むＬＣフィルタによって構成される。

なお、電源ＥＣＵ２６０は、車両１００への送電時には、通信装置２７０を用いて車両１００と通信を行ない、充電の開始／停止や車両１００の受電状況等の情報を車両１００とやり取りする。

なお、特に図示しないが、給電装置２００にも、送電電力を検出するための電圧センサおよび電流センサが設けられる。この電圧センサおよび電流センサは、フィルタ２３０と送電部２５０との間に設けてもよいし、電源部２２０内に設けてもよい。

給電装置２００において、電源部２２０からフィルタ２３０を介して送電コイル２４０へ交流電力が供給される。そうすると、送電コイル２４０と車両１００の受電コイル１１０との間に形成される電磁界を通じて送電コイル２４０から受電コイル１１０へエネルギ（電力）が移動する。受電コイル１１０へ移動したエネルギ（電力）は、フィルタ１２５および整流回路１３０を介して蓄電装置１５０へ供給される。

なお、上述のように、給電装置２００の送電部２５０において、送電コイル２４０は、キャパシタ２４１とともにＬＣ共振回路を形成する。車両１００の受電部１２０においても、受電コイル１１０がキャパシタ１１１とともにＬＣ共振回路を形成する。送電部２５０の共振周波数と、受電部１２０の固有周波数との差は、たとえば前者の固有周波数または後者の固有周波数の±１０％以下であることが好ましい。そして、送電コイル２４０は、電源部２２０から電力を受け、車両１００の受電部１２０へ非接触で送電する。受電部１２０の受電コイル１１０は、送電部２５０の送電コイル２４０から非接触で受電する。

なお、特に図示しないが、給電装置２００において、送電部２５０と電源部２２０との間（たとえば送電部２５０とフィルタ２３０との間）に絶縁トランスを設けてもよい。また、車両１００においても、受電部１２０と整流回路１３０との間（たとえば受電部１２０とフィルタ１２５との間）に絶縁トランスを設けてもよい。

図３は、送電コイル（および受電コイル）の具体的な形状を示す斜視図である。図４は、送電コイル（および受電コイル）に流れる電流の位相を説明するための概略的な側面図である。

図３、図４を参照して、受電コイル１１０は、互いに水平方向に間隔をあけて配置され、流れる電流が互いに逆位相となるように構成された単位コイル１１０Ａおよび単位コイル１１０Ｂを含む。単位コイル１１０Ａの巻回軸ＳＡと単位コイル１１０Ｂの巻回軸ＳＢとは、ともに水平方向に沿っており、かつ互いに平行である。

単位コイル１１０Ａおよび単位コイル１１０Ｂは、板状の磁性体コアに巻き線を巻回する方向が逆になっている。受電コイル１１０は、電力を受電すると交流電流が流れる。図４には、コイル巻回軸方向から見たときにある瞬間における電流の流れる向きが示されている。図４に示された瞬間には、単位コイル１１０Ｂの巻回中心の周囲の巻線には時計回りの方向に電流が流れ、単位コイル１１０Ａの巻回中心の周囲の巻線には反時計回りの方向に電流が流れる。次の瞬間には電流の方向が反転し、単位コイル１１０Ｂの巻回中心の周囲の巻線には反時計回りの方向に電流が流れ、単位コイル１１０Ａの巻回中心の周囲の巻線には時計回りの方向に電流が流れる。

すなわち、単位コイル１１０Ａおよび単位コイル１１０Ｂは、図４に示された方向から見ると、流れる電流が互いに逆位相となるように構成されている。

送電コイル２４０も同様に、互いに水平方向に間隔をあけて配置され、流れる電流が互いに逆位相となるように構成された単位コイル１４０Ａおよび単位コイル１４０Ｂを含む。なお、電流の方向については送電コイル２４０についても受電コイル１１０と同様であるので、詳細な説明はここでは繰返さない。

図５は、受電コイル１１０と送電コイル２４０とが対向している様子を示した図である。図５に示されるのは、コイル巻回軸に直交する断面の形状である。典型的には、受電コイル１１０は車両の底面に設けられ、送電コイル２４０は駐車スペースの床面に設けられるが、図面が複雑になるのを避けるため車両等の形状は図示を省略している。

単位コイル２４０Ａは、幅Ｗ１（ｍｍ）である。幅Ｗ１（ｍｍ）のうちコイル巻線は厚みＴ２（ｍｍ）だけ巻かれている。したがって、磁性体コアの幅は（Ｗ１−Ｔ２×２）（ｍｍ）である。

単位コイル２４０Ａの厚みは、Ｔ１（ｍｍ）である。磁性体コアにはＺ軸方向に厚みＴ３（ｍｍ）だけコイル巻線が巻かれている。したがって、磁性体コアのＺ軸方向の寸法は、（Ｔ１−Ｔ３×２）（ｍｍ）である。単位コイル１１０Ａ，１１０Ｂ，２４０Ａ，２４０Ｂは、基本的には同じ寸法であるので、他の単位コイルについては説明は繰返さない。

受電コイル１１０は、車両のたとえば底面に配置される。送電コイル２４０は、駐車スペースのたとえば床面に配置される。

単位コイル１１０Ａと単位コイル１１０Ｂとは、互いに水平方向（Ｘ方向）にコイル間隔ＡＷ（ｍｍ）をあけて配置されている。なお、コイル間隔は、２つのコイル間のコイルが無い空間部分の距離のことであり、コイル間距離とも称する。

単位コイル２４０Ａと単位コイル２４０Ｂとは、互いに水平方向（Ｘ方向）にコイル間隔ＡＷ（ｍｍ）をあけて配置されている。

単位コイル１１０Ａと単位コイル２４０Ａとは、Ｚ軸に沿う方向にエアギャップＡＧ（ｍｍ）を介在して対向している。また、位置ずれ量Ｄ（ｍｍ）がゼロの場合に送電コイル２４０から受電コイル１１０への伝送効率が最大となる。なお、位置ずれ量Ｄは、Ｙ軸に沿う水平方向のずれであり、図５に示すようにコイル端部同士の位置を比べた場合のずれ量であってもよいし、コイルの巻回軸中心同士を比べた場合のずれ量であっても良い。

図６は、コイル間隔ＡＷと結合係数および電力伝送効率との関係を示したグラフである。図６を参照して、破線で示されるのは、送電コイルおよび受電コイルがそれぞれ単体である場合の特性である。なお、伝送電力の交流周波数は１００ｋＨｚである。この単体の送電コイルおよび受電コイルの各々の寸法は、図３で示した２つの単位コイルを合計した幅を有し、厚みおよび巻回軸方向の寸法は単位コイルと同じである。この場合には結合係数ｋ＝０．１６である。

実線で示されるのは、本実施の形態の送電コイルおよび受電コイルを使用した場合の特性である。コイル間隔ＡＷが大きくなるにつれて結合係数も増大して破線で示した値に近づいている。

通常、エアギャップＡＧは、受電効率が９０％以上となることを目安に設定される。したがって、好ましくは、受電効率が９０％以上となる時のエアギャップをＡＧとすると、コイル間隔ＡＷは、ＡＧよりも長い。

図７は、位置ずれ量Ｄと結合係数ｋおよび電力伝送効率との関係を示した図である。図７を参照して、ラインＬ１のコイル間隔をＡＷ１とし、ラインＬ２のコイル間隔をＡＷ２とし、ラインＬ３のコイル間隔をＡＷ３とすると、ＡＷ１＜ＡＷ２＜ＡＷ３である。いずれのラインにおいても、位置ずれ量Ｄが増大すると結合係数ｋは低下する。また位置ずれ量が変化してもラインＬ１，Ｌ２，Ｌ３の順で結合係数が大きい。すなわち、位置ずれ量Ｄが大きいほど結合係数ｋは減少し、コイル間隔ＡＷが大きくなるほど結合係数ｋは減少することが示されている。

図８は、本実施の形態の非接触電力伝送システムの漏洩磁界と比較例の非接触電力伝送システムとの漏洩磁界とを比較して示した図である。

図９は、比較例（標準コイル）の非接触電力伝送システムのシミュレーション条件を説明するための図である。図１０は、本実施の形態の非接触電力伝送システムのシミュレーション条件を説明するための図である。

図９に示した標準コイルは、Ｘ軸方向に巻回軸が向くように配置されている。標準コイルは、１つのコイルであり、磁性体コアに巻回したコイル部分の寸法は、２Ｗ（ｍｍ）×２Ｗ（ｍｍ）である。このコイルが送電コイルおよび受電コイルとして使用される。

そしてコイルから半径３ｍの円上でＸ軸位置を０°として０°〜１８０°の位置で磁束密度を計測した結果が図８のラインＬ４に示される。また、コイルから半径１０ｍの円上でＸ軸位置を０°として０°〜１８０°の位置で磁束密度を計測した結果が図８のラインＬ５に示される。

図１０に示した本実施の形態のコイルは、Ｘ軸方向に巻回軸が向くように配置されている。実施の形態のコイルは、図３に示すように２つの単位コイルを含む。各単位コイルにおいて磁性体コアに巻回したコイル部分の寸法は、Ｗ（ｍｍ）×２Ｗ（ｍｍ）である。このコイルが送電コイルおよび受電コイルとして使用される。

そしてコイルから半径３ｍの円上でＸ軸位置を０°として０°〜１８０°の位置で磁束密度を計測した結果が図８のラインＬ６に示される。また、コイルから半径１０ｍの円上でＸ軸位置を０°として０°〜１８０°の位置で磁束密度を計測した結果が図８のラインＬ７に示される。

なお、他のシミュレーション条件（エアギャップＡＧ、一次電流、二次電流および交流周波数）は、図９と図１０の場合で同じである。

ラインＬ５とラインＬ７を比較し、１０ｍ９０°地点同士の漏洩磁界の磁束密度（Ｌ５が約３０ｐＴ、Ｌ７が約４ｐＴ）を比べると、本実施の形態のコイル形状（ラインＬ７）は、標準コイルに比べて８５％漏洩磁界の磁束密度が低減していることがわかる。

図１１は、比較例（標準コイル）の非接触電力伝送システムのシミュレーション結果を示した図である。図１２は、本実施の形態の非接触電力伝送システムのシミュレーション結果を示した図である。

図１１、図１２は、それぞれ図９、図１０に対応する結果を示している。図１１、図１２には、ともに図９、図１０と同様に基準位置を示す半径３ｍと半径１０ｍの基準円が破線で表示されている。そしてその上に同じ漏洩磁界の強度である位置が等高線（等強度線）で示されている。同じ強度Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ（ただしＡ＞Ｂ＞Ｃ＞Ｄ）に相当する位置が等強度線４本で示されている。

図１１と図１２とを比較すると、図１１の標準コイルでは強度Ａ，Ｂは半径３ｍの基準円内であり、強度Ｃ，Ｄは半径３ｍの基準円外かつ半径１０ｍの基準円内である。これに比べて、図１２の本実施の形態の非接触電力伝送システムでは、強度Ａ，Ｂ，Ｃは半径３ｍの基準円内であり、強度Ｄのみが半径３ｍの基準円外かつ１０ｍの基準円内である。また、図１２の特性は図１１の特性と比べて、ｘ軸方向の漏洩磁界の強度が弱くなっていることもわかる。したがって、コイルを分割し、逆位相の電流が流れるように構成した本実施の形態の非接触電力伝送システムでは、標準コイルの比較例と比べると漏洩磁界が低減していることが分かる。

最後に再び図１等を参照して本実施の形態について総括する。本実施の形態の非接触電力伝送システム１は、送電コイル２４０と、受電コイル１１０とを備える。非接触電力伝送システム１は、送電コイル２４０から受電コイル１１０に非接触で電力を伝送する。

図３〜図５に示すように、送電コイル２４０は、第１の面（例えば水平面）において互いに第１方向に間隔ＡＷをあけて配置され、流れる電流が互いに逆位相となるように構成された第１単位コイル２４０Ａおよび第２単位コイル２４０Ｂを含む。受電コイル１１０は、第１の面に平行な第２の面（例えば、高さが異なる位置に配置された別の水平面）において互いに第１方向に間隔ＡＷをあけて配置され、流れる電流が互いに逆位相となるように構成された第３単位コイル１１０Ａおよび第４単位コイル１１０Ｂを含む。第１単位コイル２４０Ａおよび第２単位コイル２４０Ｂの巻回軸線ＳＡ，ＳＢは、第１の面において第１方向に交差する方向（図３〜図４では第１方向に直交する方向）に沿って平行に配置され、第３および第４単位コイルの巻回軸線ＳＡ，ＳＢは、第２の面において第１方向に交差する方向（図３〜図４では第１方向に直交する方向）に沿って平行に配置される。図５に示すように、第１単位コイル２４０Ａと第２単位コイル２４０Ｂとの間の距離は、第１単位コイル２４０Ａと第３単位コイル１１０Ａとの間の距離（エアギャップＡＧ）よりも長い。第３単位コイル１１０Ａと第４単位コイル１１０Ｂとの間の距離は、第２単位コイル２４０Ｂと第４単位コイル１１０Ｂとの間の距離（エアギャップＡＧ）よりも長い。

このように受電側および送電側のそれぞれで、コイルを分割し水平方向に離して配置する。シミュレーションでの比較でもわかるように、分割することによって漏洩磁界の広がりを抑えることができる。また、水平方向に離すことによって、他の方向に離すよりも車両搭載時には分割したコイル間の距離を確保しやすい。

なお、本実施の形態の車両１００は、受電装置を含み、受電装置は、受電コイル１１０を含む。図３に示すように、受電コイル１１０は、巻回軸線ＳＡ，ＳＢがともに水平方向を向き、巻回軸に直交する水平方向に並んで互いに平行に配置された２つの単位コイル１１０Ａ，１１０Ｂを含む。２つの単位コイル１１０Ａ，１１０Ｂは、図４に示すように電流が逆位相に流れるように構成される。単位コイル１１０Ａ，１１０Ｂの各々は、平板の磁性体コアに巻線が巻回されたソレノイドコイルである。

また、本実施の形態の給電装置２００は、送電コイル２４０を含む。図３に示すように、送電コイル２４０は、巻回軸線ＳＡ，ＳＢがともに水平方向を向き、巻回軸に直交する水平方向に並んで互いに平行に配置された２つの単位コイル２４０Ａ，２４０Ｂを含む。２つの単位コイル２４０Ａ，２４０Ｂは、図４に示すように電流が逆位相に流れるように構成される。単位コイル２４０Ａ，２４０Ｂの各々は、平板の磁性体コアに巻線が巻回されたソレノイドコイルである。

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。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許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。

１ 非接触電力伝送システム、１００ 車両、１１０ 受電コイル、１１０Ａ，１１０Ｂ，２４０Ａ，２４０Ｂ 単位コイル、１１１，２４１ キャパシタ、１３０ 整流回路、１４０ コンバータ、１５０ 蓄電装置、１７０ モータ、１８０ ＥＣＵ、２００ 給電装置、２１０ 交流電源、２２０ 電源部、２４０ 送電コイル。

Claims (1)

1. 送電コイルと、受電コイルとを備え、前記送電コイルから前記受電コイルに非接触で電力を伝送する非接触電力伝送システムにおいて、
   前記送電コイルは、第１の面において互いに第１方向に間隔をあけて配置され、流れる電流が互いに逆位相となるように構成された第１単位コイルおよび第２単位コイルを含み、
   前記受電コイルは、前記第１の面に平行な第２の面において互いに前記第１方向に間隔をあけて配置され、流れる電流が互いに逆位相となるように構成された第３単位コイルおよび第４単位コイルを含み、
   前記第１および第２単位コイルの巻回軸線は、前記第１の面において前記第１方向に交差する方向に沿って平行に配置され、
   前記第３および第４単位コイルの巻回軸線は、前記第２の面において前記第１方向に交差する方向に沿って平行に配置され、
   前記第１単位コイルと前記第２単位コイルとの間の距離は、前記第１単位コイルと前記第３単位コイルとの間の距離よりも長く、
   前記第３単位コイルと前記第４単位コイルとの間の距離は、前記第２単位コイルと前記第４単位コイルとの間の距離よりも長い、非接触電力伝送システム。

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