JP2020150776A - Power transmission device, power reception device and non-contact power transmission system - Google Patents

Power transmission device, power reception device and non-contact power transmission system Download PDF

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Abstract

To provide a power transmission device, a power reception device and a non-contact power transmission system, which achieve efficient non-contact power transmission.SOLUTION: The power transmission device includes: six inductors arranged, when looked from the center, approximately every 60 degrees on substantially the same plane; and an inverter which supplies a three-phase AC power signal to each inductor. The inductor includes: a core; and a coil which is wound around the core and has a coil shaft disposed substantially in parallel to the plane. In an inductor pair arranged, when looked from the center, approximately 180 degrees apart, the inductor is arranged in such a manner that the coil shaft is substantially in parallel and the coil shaft does not pass through the center. In each inductor which belongs to the pair, the coil is wound in the opposite direction, and a one-phase signal among the three-phase alternating current of the inverter is supplied.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明の実施形態は、送電装置、受電装置および非接触電力伝送システムに関する。 Embodiments of the present invention relate to power transmission devices, power receiving devices and non-contact power transmission systems.

近年、バッテリーを搭載した電気自動車などへの給電を行うために非接触電力伝送技術が使われている。大容量バッテリーを短時間で充電するため、大電力の伝送が求められている。大電力の伝送を行いながら、三次高調波の低減、インダクタで発生する銅損の低減および漏えい電磁界強度の抑制をはかるため、三相交流を使った非接触電力伝送が検討されている。 In recent years, non-contact power transmission technology has been used to supply power to electric vehicles equipped with batteries. In order to charge a large-capacity battery in a short time, high-power transmission is required. Non-contact power transmission using three-phase AC is being studied in order to reduce third-order harmonics, reduce copper loss generated in inductors, and suppress leakage electromagnetic field strength while transmitting high power.

三相交流による非接触電力伝送には、送電側（一次側）と受電側（二次側）にそれぞれ６個のインダクタを配置する方式がある。この方式では、まず、複数のインダクタどうしの不要な磁気結合による誘起電圧の発生を低減する必要がある。また、送電側と受電側のそれぞれの６個のインダクタの実装面積を抑えることが望まれる。 For non-contact power transmission by three-phase alternating current, there is a method in which six inductors are arranged on each of the transmission side (primary side) and the power receiving side (secondary side). In this method, it is first necessary to reduce the generation of induced voltage due to unnecessary magnetic coupling between a plurality of inductors. Further, it is desired to reduce the mounting area of each of the six inductors on the power transmission side and the power reception side.

司城徹、岸本誠也、小川健一郎、尾林秀一、「２系統並列無線伝送システム間の干渉結合が０となるコイル位置関係の式導出」、平成２９年度電気学会全国大会論文集、平成２９年３月Toru Shijo, Seiya Kishimoto, Kenichiro Ogawa, Shuichi Obayashi, "Drivation of the equation for the coil positional relationship where the interference coupling between two parallel wireless transmission systems is 0", Proceedings of the 2017 IEEJ National Convention, March 2017 日下佳祐、伊東淳一、Ａｌｅｘａｎｄｒｅ Ｇｏｐａｌ、「デルタ結線三相１２コイル非接触給電システムの実機検証」、平成２９年電気学会産業応用部門大会、平成２９年８月、ｐ．４３９−４４２Keisuke Kusaka, Junichi Ito, Alexandre Gopal, "Verification of actual machine of delta connection three-phase 12-coil non-contact power supply system", 2017 IEEJ Industrial Application Division Conference, August 2017, p. 439-442

本発明の実施形態は、効率的な非接触電力伝送を実現する送電装置、受電装置および非接触電力伝送システムを提供する。 Embodiments of the present invention provide a power transmission device, a power receiving device, and a non-contact power transmission system that realize efficient contactless power transmission.

本発明の実施形態としての送電装置は、略同一平面上において、中心からみて略６０度ごとに配置された６個のインダクタと、前記インダクタに三相交流の電力信号を供給するインバータとを備え、前記インダクタは、コアと、前記コアの周囲に巻かれており、前記平面に対して略平行なコイル軸を有するコイルとを含み、前記中心からみて略１８０度離れて配置された前記インダクタのペアにおいて、前記コイル軸が略平行となり、かつ前記コイル軸が前記中心を通らないよう、前記インダクタが配置されており、前記ペアに属する前記インダクタでは、前記コイルが逆向きに巻かれ、前記インバータの前記三相交流のうち、一相の電力信号が供給されている。 The power transmission device according to the embodiment of the present invention includes six inductors arranged at substantially every 60 degrees from the center on substantially the same plane, and an inductor that supplies a three-phase AC power signal to the inductor. The inductor includes a core and a coil wound around the core and having a coil shaft substantially parallel to the plane of the inductor, which is arranged at a distance of approximately 180 degrees from the center. In the pair, the inductor is arranged so that the coil shafts are substantially parallel and the coil shafts do not pass through the center. In the inductor belonging to the pair, the coil is wound in the opposite direction and the inverter is used. Of the three-phase ACs, one-phase power signal is supplied.

第１の実施形態に係る非接触電力伝送システムの構成例を示したブロック図。The block diagram which showed the structural example of the non-contact power transmission system which concerns on 1st Embodiment. 非接触電力伝送システムに係る回路の構成例を詳細に示した図。The figure which showed the structural example of the circuit which concerns on a non-contact power transmission system in detail. 送電側（一次側）と受電側（二次側）のそれぞれ６個のインダクタの配置例を示した平面図。The plan view which showed the arrangement example of 6 inductors each of a power transmission side (primary side) and a power reception side (secondary side). 送電回路および受電回路の構成例を詳細に示した図。The figure which showed the structural example of the power transmission circuit and the power reception circuit in detail. 第１の実施形態に係る送電側（一次側）と受電側（二次側）のそれぞれ６個のインダクタの配置例を示した平面図。The plan view which showed the arrangement example of 6 inductors each of a power transmission side (primary side) and a power reception side (secondary side) which concerns on 1st Embodiment. 磁気双極子近似で計算した結合係数の例を示したグラフ。The graph which showed the example of the coupling coefficient calculated by the magnetic dipole approximation. 磁気双極子近似で計算した不要結合による誘起電圧のθ＝０度のときとの比の例を示したグラフ。The graph which showed the example of the ratio of the induced voltage by unnecessary coupling calculated by the magnetic dipole approximation to the case of θ = 0 degree. 電磁場解析で計算した結合係数の第１例を示したグラフ。The graph which showed the 1st example of the coupling coefficient calculated by the electromagnetic field analysis. 電磁場解析で計算した不要結合による誘起電圧のθ＝０度のときとの比の第１例を示したグラフ。The graph which showed the 1st example of the ratio of the induced voltage by unnecessary coupling calculated by the electromagnetic field analysis with the case of θ = 0 degree. 電磁場解析で計算した結合係数の第２例を示したグラフ。The graph which showed the 2nd example of the coupling coefficient calculated by the electromagnetic field analysis. 電磁場解析で計算した不要結合による誘起電圧のθ＝０度のときとの比の第２例を示したグラフ。The graph which showed the 2nd example of the ratio of the induced voltage by unnecessary coupling calculated by the electromagnetic field analysis with the case of θ = 0 degree. 送電側（一次側）と受電側（二次側）のそれぞれ６個のインダクタの配置例を示した平面図。The plan view which showed the arrangement example of 6 inductors each of a power transmission side (primary side) and a power reception side (secondary side). 第１の実施形態に係る送電側（一次側）と受電側（二次側）のそれぞれ６個のインダクタの配置例を示した平面図。The plan view which showed the arrangement example of 6 inductors each of a power transmission side (primary side) and a power reception side (secondary side) which concerns on 1st Embodiment. 電磁場解析で計算した結合係数の第３例を示したグラフ。The graph which showed the 3rd example of the coupling coefficient calculated by the electromagnetic field analysis. 電磁場解析で計算した不要結合による誘起電圧のθ＝０度のときとの比の第３例を示したグラフ。The graph which showed the 3rd example of the ratio of the induced voltage by unnecessary coupling calculated by the electromagnetic field analysis with the case of θ = 0 degree. 送電側（一次側）と受電側（二次側）のそれぞれ６個のインダクタの配置例を示した平面図。The plan view which showed the arrangement example of 6 inductors each of a power transmission side (primary side) and a power reception side (secondary side). 第１の実施形態に係る送電側（一次側）と受電側（二次側）のそれぞれ６個のインダクタの配置例を示した平面図。The plan view which showed the arrangement example of 6 inductors each of a power transmission side (primary side) and a power reception side (secondary side) which concerns on 1st Embodiment. 電磁場解析で計算した結合係数の第４例を示したグラフ。The graph which showed the 4th example of the coupling coefficient calculated by the electromagnetic field analysis. 電磁場解析で計算した不要結合による誘起電圧のθ＝０度のときとの比の第４例を示したグラフ。The graph which showed the 4th example of the ratio of the induced voltage by the unnecessary coupling calculated by the electromagnetic field analysis with the case of θ = 0 degree. 各条件において計算されたインダクタのコイル軸の最適角度θｏの例を示したテーブル。A table showing an example of the optimum angle θ o of the coil shaft of the inductor calculated under each condition. 送電側（一次側）と受電側（二次側）のそれぞれ６個のインダクタの配置例を示した平面図。The plan view which showed the arrangement example of 6 inductors each of a power transmission side (primary side) and a power reception side (secondary side). 第１の実施形態に係る送電側（一次側）と受電側（二次側）のそれぞれ６個のインダクタの配置例を示した平面図。The plan view which showed the arrangement example of 6 inductors each of a power transmission side (primary side) and a power reception side (secondary side) which concerns on 1st Embodiment. 電磁場解析で計算した結合係数の第５例を示したグラフ。The graph which showed the 5th example of the coupling coefficient calculated by the electromagnetic field analysis. 電磁場解析で計算した不要結合による誘起電圧のθ＝０度のときとの比の第５例を示したグラフ。The graph which showed the 5th example of the ratio of the induced voltage by unnecessary coupling calculated by the electromagnetic field analysis with the case of θ = 0 degree. シミュレーションによって計算された磁束の方向の例を示した平面図。Top view showing an example of the direction of the magnetic flux calculated by the simulation. シミュレーションによって計算された磁束の方向の例を示した平面図。Top view showing an example of the direction of the magnetic flux calculated by the simulation. シミュレーションによって計算された磁束の方向の例を示した平面図。Top view showing an example of the direction of the magnetic flux calculated by the simulation. シミュレーションによって計算された磁束の方向の例を示した平面図。Top view showing an example of the direction of the magnetic flux calculated by the simulation. シミュレーションによって計算された磁束の方向の例を示した平面図。Top view showing an example of the direction of the magnetic flux calculated by the simulation. 第２の実施形態に係る非接触電力伝送システムの構成例を示したブロック図。The block diagram which showed the structural example of the non-contact power transmission system which concerns on 2nd Embodiment. 第２の実施形態に係る送電側（一次側）と受電側（二次側）のそれぞれ６個のインダクタの配置例を示した平面図。FIG. 5 is a plan view showing an arrangement example of six inductors on each of the power transmission side (primary side) and the power reception side (secondary side) according to the second embodiment. 電動車両に搭載された受電側（二次側）のインダクタの配置例を示した図。The figure which showed the arrangement example of the inductor of the power receiving side (secondary side) mounted on an electric vehicle. ２つのインダクタが配置された例を示した平面図。The plan view which showed the example which two inductors were arranged. ２つのインダクタ間の結合係数と角度Φの関係を示したグラフ。The graph which showed the relationship between the coupling coefficient and the angle Φ between two inductors. ２つのインダクタが搭載された電動車両の例を示した図。The figure which showed the example of the electric vehicle equipped with two inductors. ２つのインダクタが搭載された電動車両の例を示した図。The figure which showed the example of the electric vehicle equipped with two inductors. ２つのインダクタが搭載された電動車両の例を示した図。The figure which showed the example of the electric vehicle equipped with two inductors.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。また、図面において同一の構成要素は、同じ番号を付し、説明は、適宜省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Further, in the drawings, the same components are given the same number, and the description thereof will be omitted as appropriate.

（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態に係る非接触電力伝送システムの構成例を示している。図１の送電装置１は、ＡＣ電源１０と、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１と、インバータ１２と、送電回路１３とを備えている。また、受電装置２は、受電回路２１と、整流回路２２と、バッテリー２３とを備えている。ＡＣ／ＤＣコンバータ１１は、ＡＣ電源１０から供給された交流の電力信号を直流に変換する。インバータ１２は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１から供給された直流の電力信号を三相交流に変換する。インバータ１２は、電力信号の周波数調整や、電力信号の振幅調整を行ってもよい。 (First Embodiment)
FIG. 1 shows a configuration example of a non-contact power transmission system according to the first embodiment. The power transmission device 1 of FIG. 1 includes an AC power supply 10, an AC / DC converter 11, an inverter 12, and a power transmission circuit 13. Further, the power receiving device 2 includes a power receiving circuit 21, a rectifier circuit 22, and a battery 23. The AC / DC converter 11 converts an AC power signal supplied from the AC power supply 10 into a direct current. The inverter 12 converts the DC power signal supplied from the AC / DC converter 11 into a three-phase alternating current. The inverter 12 may adjust the frequency of the power signal and the amplitude of the power signal.

インバータ１２から出力された三相交流の電力信号は送電回路１３に供給される。送電回路１３は、非接触で受電装置２の受電回路２１に電力信号を伝送する。送電回路１３は、後述するように６個のインダクタを含んでいる。受電回路２１は、送電回路１３から非接触で伝送された電力信号を受電する。なお、受電回路２１が、送電側の６個のインダクタの全てから、電力を受電する場合は６個のインダクタを備える。一方、送電側の６個のインダクタのうちの全てのインダクタからの受電を行わない場合もある。その場合は、受電回路２１が備えるインダクタの数は６より少なくてもよい。整流回路２２は、受電回路２１から供給された交流の電力信号を直流に変換する。 The three-phase AC power signal output from the inverter 12 is supplied to the power transmission circuit 13. The power transmission circuit 13 transmits a power signal to the power reception circuit 21 of the power reception device 2 in a non-contact manner. The power transmission circuit 13 includes six inductors as described later. The power receiving circuit 21 receives a power signal transmitted from the power transmitting circuit 13 in a non-contact manner. When the power receiving circuit 21 receives power from all six inductors on the power transmission side, the power receiving circuit 21 includes six inductors. On the other hand, power may not be received from all of the six inductors on the power transmission side. In that case, the number of inductors included in the power receiving circuit 21 may be less than 6. The rectifier circuit 22 converts the AC power signal supplied from the power receiving circuit 21 into direct current.

バッテリー２３は、充放電が可能な２次電池である。２次電池の例としては、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池があるが、２次電池の種類については特に問わない。また、バッテリー２３は複数の２次電池の組み合わせであってもよい。この場合、複数の２次電池間の接続関係については問わない。なお、非接触電力伝送システムの受電装置２は必ずバッテリー２３を備えていなくてもよい。バッテリー２３に代わり、その他の装置が受電装置２の負荷側に接続されていてもよい。 The battery 23 is a secondary battery that can be charged and discharged. Examples of the secondary battery include a lithium ion battery and a nickel hydrogen battery, but the type of the secondary battery is not particularly limited. Further, the battery 23 may be a combination of a plurality of secondary batteries. In this case, the connection relationship between the plurality of secondary batteries does not matter. The power receiving device 2 of the non-contact power transmission system does not necessarily have to include the battery 23. Instead of the battery 23, another device may be connected to the load side of the power receiving device 2.

図１に示した非接触電力伝送システムの構成は一例にしかすぎない。したがって、非接触電力伝送システムはさらにその他の構成要素を備えていてもよい。例えば、非接触電力伝送システムはフィルタ回路、リップル除去回路、ＤＣ／ＤＣコンバータなどを備えていてもよい。 The configuration of the non-contact power transmission system shown in FIG. 1 is only an example. Therefore, the contactless power transfer system may further include other components. For example, the non-contact power transmission system may include a filter circuit, a ripple elimination circuit, a DC / DC converter, and the like.

図２は、非接触電力伝送システムのうち、インバータ１２、送電回路１３、受電回路２１、整流回路２２の部分を示している。送電回路１３は、３個のキャパシタと、６個のインダクタとを含んでいる。以下では、送電回路１３の構成例について説明する。 FIG. 2 shows the parts of the inverter 12, the power transmission circuit 13, the power receiving circuit 21, and the rectifier circuit 22 in the non-contact power transmission system. The power transmission circuit 13 includes three capacitors and six inductors. Hereinafter, a configuration example of the power transmission circuit 13 will be described.

インバータ１２から出力される３本の配線は、それぞれキャパシタＣＵ１、Ｃｖ１、Ｃｗ１を介してデルタ結線（Δ結線）された複数のインダクタに接続されている。これらのキャパシタＣＵ１、Ｃｖ１、Ｃｗ１は、後述するインダクタと組み合わせされて共振回路として動作し、電力伝送効率の改善を行う。 The three wires output from the inverter 12 are connected to a plurality of inductors delta-connected (Δ-connected) via capacitors C U1 , C v1 , and C w 1 , respectively. These capacitors C U1 , C v1 , and C w1 operate as a resonant circuit in combination with an inductor described later to improve power transmission efficiency.

インダクタＬｕｖ１ＡとインダクタＬｕｖ１Ｂは直列に接続され、同相の電流（ｉｕｖ１）が流れるペア（一次側の第１ペア）となっている。同様に、インダクタＬｗｕ１ＢとインダクタＬｗｕ１Ａは直列に接続され、同相の電流が流れるペア（一次側の第２ペア）となっている。インダクタＬｖｗ１ＡとインダクタＬｖｗ１Ｂも直列に接続され、同相の電流が流れるペア（一次側の第３ペア）となっている。同じペアに属するインダクタでは、コイルの巻かれる方向が逆向きとなっている。例えば、第１ペアにあるインダクタＬｕｖ１ＡのコイルとインダクタＬｕｖ１Ｂのコイルは逆向きに巻かれており、逆向きの磁界が生成される。逆向きの磁界は互いに打ち消し合うため、電力伝送に寄与しない漏れ磁束を減らすことができる。その他のペアのインダクタについても同様である。 The inductor L uv1A and the inductor L uv1B are connected in series to form a pair (first pair on the primary side) through which an in-phase current (i uv1 ) flows. Similarly, the inductor L woo1B and the inductor L woo1A are connected in series to form a pair (second pair on the primary side) through which currents of the same phase flow. The inductor L vw1A and the inductor L vw1B are also connected in series to form a pair (third pair on the primary side) through which currents of the same phase flow. Inductors belonging to the same pair have coils wound in opposite directions. For example, the coils of the coil and the inductor L Uv1B inductor L Uv1A in the first pair are wound in opposite directions, the magnetic field in the opposite direction is generated. Since the magnetic fields in opposite directions cancel each other out, it is possible to reduce the leakage flux that does not contribute to power transmission. The same applies to the other pairs of inductors.

第１ペアのインダクタに流れる電流と、第２ペアのインダクタに流れる電流との位相差は１２０度に設定されている。同様に、第２ペアのインダクタに流れる電流と、第３ペアのインダクタに流れる電流との位相差は１２０度に設定されている。さらに、第３ペアのインダクタに流れる電流と、第１ペアのインダクタに流れる電流との位相差も１２０度に設定されている。 The phase difference between the current flowing through the inductors of the first pair and the current flowing through the inductors of the second pair is set to 120 degrees. Similarly, the phase difference between the current flowing through the inductor of the second pair and the current flowing through the inductor of the third pair is set to 120 degrees. Further, the phase difference between the current flowing through the inductor of the third pair and the current flowing through the inductor of the first pair is also set to 120 degrees.

受電回路２１も、３個のキャパシタと、６個のインダクタとを含んでいる。以下では、受電回路２１と整流回路２２の構成例について説明する。 The power receiving circuit 21 also includes three capacitors and six inductors. Hereinafter, a configuration example of the power receiving circuit 21 and the rectifier circuit 22 will be described.

受電回路２１でも、複数のインダクタがデルタ結線（Δ結線）されている。また、受電回路２１の出力側の３本の配線は、それぞれキャパシタＣｕ２、Ｃｖ２、Ｃｗ２を介して整流回路２２に接続されている。キャパシタＣｕ２、Ｃｖ２、Ｃｗ２も、後述するインダクタと組み合わされて共振回路として動作し、電力伝送効率の改善を行う。 Also in the power receiving circuit 21, a plurality of inductors are delta-connected (Δ-connected). Further, the three wires on the output side of the power receiving circuit 21 are connected to the rectifier circuit 22 via the capacitors C u2 , C v2 , and C w 2 , respectively. Capacitors C u2 , C v2 , and C w2 also operate as a resonant circuit in combination with an inductor described later to improve power transmission efficiency.

受電回路２１のインダクタＬｕｖ２ＡとインダクタＬｕｖ２Ｂは直列に接続され、同相の電流（ｉｕｖ１）が流れるペア（二次側の第１ペア）となっている。また、インダクタＬｗｕ２ＢとインダクタＬｗｕ２Ａは直列に接続され、同相の電流が流れるペア（二次側の第２ペア）となっている。インダクタＬｖｗ２ＡとインダクタＬｖｗ２Ｂも直列に接続され、同相の電流が流れるペア（二次側の第３ペア）となっている。同じペアに属するインダクタにおいて、コイルの巻かれる方向が逆向きとなっている点は一次側（送電回路１３）と同様である。 The inductor L uv2A and the inductor L uv2B of the power receiving circuit 21 are connected in series to form a pair (first pair on the secondary side) through which a current (i uv1 ) of the same phase flows. Further, the inductor L woo2B and the inductor L woo2A are connected in series to form a pair (second pair on the secondary side) through which currents of the same phase flow. The inductor L vw2A and the inductor L vw2B are also connected in series to form a pair (third pair on the secondary side) through which currents of the same phase flow. In the inductors belonging to the same pair, the coil winding direction is opposite to that of the primary side (transmission circuit 13).

非接触電力伝送が行われる際、二次側のインダクタＬｕｖ２Ａと一次側のインダクタＬｕｖ１Ａは対向して配置される。同様に、インダクタＬｕｖ２ＢとインダクタＬｕｖ１Ｂ、インダクタＬｗｕ２ＢとインダクタＬｗｕ１Ｂ、インダクタＬｗｕ２ＡとインダクタＬｗｕ１Ａ、インダクタＬｖｗ２ＡとインダクタＬｖｗ１Ａ、インダクタＬｖｗ２ＢとインダクタＬｖｗ１Ｂはそれぞれ対向して配置される。対向して配置されたインダクタ間の電磁的な結合により、非接触の電力伝送が実現される。 When non-contact power transmission is performed, the inductor L uv2A on the secondary side and the inductor L uv1A on the primary side are arranged to face each other. Similarly, the inductor L uv2B and the inductor L uv1B , the inductor L ww2B and the inductor L ww1B , the inductor L ww2A and the inductor L ww1A , the inductor L vw2A and the inductor L vw1A , and the inductor L vw2B and the inductor L vw1B are arranged to face each other. .. Non-contact power transmission is achieved by electromagnetic coupling between inductors placed facing each other.

図２に示された回路の構成は一例にしかすぎない。したがって、回路の構成はこれとは異なっていてもよい。例えば、図２の構成に代わり、複数のインダクタがスター結線（Ｙ結線）された構成を用いてもよい。また、キャパシタの少なくとも一部が省略されていてもよい。キャパシタが複数のインダクタと並列的に接続されていてもよい。なお、同じペアに属するインダクタにおいて、コイルが巻かれる方向を逆向きにせず、代わりに各コイルに逆相の電流を供給してもよい。この構成でも発生する漏れ磁束を低減させることができる。 The configuration of the circuit shown in FIG. 2 is only an example. Therefore, the configuration of the circuit may be different. For example, instead of the configuration of FIG. 2, a configuration in which a plurality of inductors are star-connected (Y-connected) may be used. Further, at least a part of the capacitor may be omitted. Capacitors may be connected in parallel with a plurality of inductors. In the inductors belonging to the same pair, the direction in which the coils are wound may not be reversed, and instead, a current of opposite phase may be supplied to each coil. Even with this configuration, the leakage flux generated can be reduced.

次に、一次側および二次側のインダクタの物理的な構成について説明する。図３は、送電側（一次側）と受電側（二次側）のそれぞれ６個のインダクタの配置例を示した平面図である。図３は、６個のインダクタが略同一平面上に配置された場合を示している。点ｏを中心とする一辺の長さがＲの正六角形の頂点上（または、点ｏを中心とする半径Ｒの円周上）に一次側のインダクタ（Ｌｗｕ１Ａ、Ｌｖｗ１Ｂ、Ｌｕｖ１Ａ、Ｌｗｕ１Ｂ、Ｌｖｗ１Ａ、Ｌｕｖ１Ｂ）が配置されている。熱伝導性の高い樹脂などを用いて送電側（一次側）、受電側（二次側）のインダクタを支持する部材（支持部材）を形成してもよい。これにより、インダクタで発生する熱を放熱することができる。ただし、支持部材の材料は、非金属材料、あるいはアルミやその合金など、磁気シールドする効果を有する金属材料が好適だがこれに限らない。また、支持部材の構造、形状については特に限定しない。 Next, the physical configuration of the primary side and secondary side inductors will be described. FIG. 3 is a plan view showing an arrangement example of six inductors on each of the power transmission side (primary side) and the power reception side (secondary side). FIG. 3 shows a case where six inductors are arranged on substantially the same plane. On the apex of a regular hexagon whose side length is R centered on the point o (or on the circumference of the radius R centered on the point o), the inductors on the primary side (L woo1A , L vw1B , L uv1A , L) woo1B , L vw1A , L uv1B ) are arranged. A member (support member) for supporting the inductor on the power transmission side (primary side) and the power reception side (secondary side) may be formed by using a resin having high thermal conductivity. As a result, the heat generated by the inductor can be dissipated. However, the material of the support member is preferably a non-metal material or a metal material having a magnetic shielding effect such as aluminum or an alloy thereof, but is not limited to this. The structure and shape of the support member are not particularly limited.

それぞれのインダクタは、コア１６と、となるよう、コア１６の周囲に巻かれており、（６個のインダクタが配置された）平面に対して略平行なコイル軸を有するソレノイドコイル（以下、単にコイル１７と記す）とを含む。以降では、略六面体状のコア１６が使われた場合を例に説明する。図３のコア１６（インダクタ）は平面視略長方形状となっている。ただし、コア１６（インダクタ）の形状については特に問わない。コア１６は、例えば、フェライト、電磁鋼板などの磁性体材料で形成されている。ただし、コア１６はその他の材料で形成されていてもよい。コイル１７は例えば、銅線、アルミ線、リッツ線、バスバーなどの金属によって形成されている。導電性のある材料であれば、コイル１７はその他の材料で形成されていてもよい。また、コイル１７で使われているワイヤやバスバーの表面はエナメルなどの絶縁体によって被覆されていてもよい。 Each inductor is wound around the core 16 so as to be the core 16, and is a solenoid coil having a coil shaft substantially parallel to the plane (where the six inductors are arranged) (hereinafter, simply). (Indicated as coil 17) and. Hereinafter, a case where a substantially hexahedral core 16 is used will be described as an example. The core 16 (inductor) in FIG. 3 has a substantially rectangular shape in a plan view. However, the shape of the core 16 (inductor) is not particularly limited. The core 16 is made of a magnetic material such as ferrite or an electromagnetic steel plate. However, the core 16 may be made of other materials. The coil 17 is made of, for example, a metal such as a copper wire, an aluminum wire, a litz wire, or a bus bar. The coil 17 may be made of any other material as long as it is made of a conductive material. Further, the surface of the wire or bus bar used in the coil 17 may be covered with an insulator such as enamel.

平面視略長方形状のコア１６の幅方向の大きさをＷとする。また、平面視略長方形状のコア１６の長さ方向の大きさをＬとする。インダクタを平面視したとき、コイル１７はコア１６の幅方向に巻かれている。このため、コイル１７で生成される磁界は、インダクタ（コア）の長さ方向と略平行となる。 Let W be the size in the width direction of the core 16 having a substantially rectangular shape in a plan view. Further, let L be the size of the core 16 having a substantially rectangular shape in a plan view in the length direction. When the inductor is viewed in a plan view, the coil 17 is wound in the width direction of the core 16. Therefore, the magnetic field generated by the coil 17 is substantially parallel to the length direction of the inductor (core).

また、インダクタのうち、コイル１７が巻かれている部分の幅方向の中心線と、インダクタのうち、コイル１７が巻かれている部分の長さ方向の中心線との交点をインダクタの中心点ｃとよぶ。同じペアに属するインダクタは、インダクタの中心点ｃどうしを結んだ線分が点ｏを通るように配置されている。また、点ｏはインダクタの中心どうしを結んだ線分の中点になっている。例えば、第１ペアについてみると、インダクタＬｕｖ１Ａの中心点ｃとインダクタＬｕｖ１Ｂの中心点ｃとを結んだ線分の中点は点ｏとなっている。また、各インダクタの中心点ｃと点ｏとの間の距離をＲとする。このため、同一ペアに属するインダクタの中心点間の距離は略２Ｒとなる。 Further, the intersection of the center line in the width direction of the portion of the inductor in which the coil 17 is wound and the center line in the length direction of the portion of the inductor in which the coil 17 is wound is the center point c of the inductor. Called. The inductors belonging to the same pair are arranged so that the line segment connecting the center points c of the inductors passes through the point o. Further, the point o is the midpoint of the line segment connecting the centers of the inductors. For example, looking at the first pair, the midpoint of the line segment connecting the center point c of the center point c and the inductor L Uv1B inductor L Uv1A has a point o. Further, let R be the distance between the center point c and the point o of each inductor. Therefore, the distance between the center points of the inductors belonging to the same pair is approximately 2R.

第１ペアを点ｏについて略６０度回転させると、第３ペア（インダクタＬｖｗ１ＢとインダクタＬｖｗ１Ａのペア）の配置とほぼ一致する。また、第３ペアを点ｏについて略６０度回転させると、第２ペア（インダクタＬｗｕ１ＡとインダクタＬｗｕ１Ｂ）の配置とほぼ一致する。このように、送電パッド１５では、合計６個のインダクタが点ｏについて略６０度ごとに配置されている。また、点ｏを中心とする正六角形の頂点と各インダクタの中心点ｃが重なるよう、各インダクタが配置されているともいえる。 When the first pair is rotated about 60 degrees with respect to the point o, it almost matches the arrangement of the third pair (pair of inductor L vw1B and inductor L vw1A ). Further, when the third pair is rotated about 60 degrees with respect to the point o, it substantially matches the arrangement of the second pair (inductor L woo1A and inductor L woo1B ). As described above, in the power transmission pad 15, a total of 6 inductors are arranged at approximately 60 degrees with respect to the point o. It can also be said that the inductors are arranged so that the apex of the regular hexagon centered on the point o and the center point c of each inductor overlap.

なお、インダクタの中心点ｃを通る、コイルの長さ方向の線がコイル軸となる。コイル軸はインダクタで生成される磁界の方向と略同一方向である。図３では、同じペアに属するインダクタのコイル軸が略同一直線上にある。同じペアに属するインダクタのコイルは逆向きに巻かれているため、ため、これらの２つのインダクタから十分に離れた観測点では、２つのインダクタから生成する磁界が互いに打ち消し合う。これにより、周囲の環境中における漏れ磁界を減らすことができる。 The line in the length direction of the coil that passes through the center point c of the inductor is the coil axis. The coil shaft is in substantially the same direction as the magnetic field generated by the inductor. In FIG. 3, the coil axes of inductors belonging to the same pair are substantially on the same straight line. Since the coils of the inductors belonging to the same pair are wound in opposite directions, the magnetic fields generated by the two inductors cancel each other out at observation points sufficiently distant from these two inductors. As a result, the leakage magnetic field in the surrounding environment can be reduced.

すなわち、送電装置１（１次側では）では、略同一平面上において、中心（点ｏ）からみて略６０度ごとに、６個のインダクタが配置されている。インダクタは、コア１６と、コア１６の周囲に巻かれており、平面に対して略平行なコイル軸を有するコイル１７とを含む。６個のインダクタの中心（点ｏ）からみて略１８０度離れて配置されたインダクタのペアにおいて、コイル軸が略平行となり、かつコイル軸が中心（点ｏ）を通らないよう、インダクタが配置されている。同じペアに属するインダクタでは、コイル１７が逆向きに巻かれ、インバータ１２の三相交流のうち、一相の電力信号が供給されている。なお、非接触電力伝送時に一次側（送電装置１）のインダクタに対向して配置される二次側（受電装置２）のインダクタの構成も上述（図３）と同様であってもよい。 That is, in the power transmission device 1 (on the primary side), six inductors are arranged on substantially the same plane at every 60 degrees from the center (point o). The inductor includes a core 16 and a coil 17 wound around the core 16 and having a coil axis substantially parallel to a plane. In a pair of inductors arranged approximately 180 degrees away from the center (point o) of the six inductors, the inductors are arranged so that the coil axes are substantially parallel and the coil axes do not pass through the center (point o). ing. In the inductors belonging to the same pair, the coil 17 is wound in the opposite direction, and the power signal of one phase of the three-phase alternating current of the inverter 12 is supplied. The configuration of the inductor on the secondary side (power receiving device 2) arranged to face the inductor on the primary side (transmission device 1) during non-contact power transmission may be the same as that described above (FIG. 3).

上述のように、一次側のインダクタと、それに対向して配置される二次側のインダクタとの間の電磁的な結合によって非接触の電力伝送が行われる。ただし、この他の組み合わせのインダクタ間においても、電磁的な結合が発生しうる。効率的な電力伝送の観点からは、電力伝送に寄与しないインダクタの組み合わせどうしにおける、電磁的な結合が最小化されることが望ましい。とくに電力伝送に寄与しないインダクタの組み合わせにおける電磁的な結合を不要結合とよぶ。 As described above, non-contact power transmission is performed by electromagnetic coupling between the inductor on the primary side and the inductor on the secondary side arranged opposite to the inductor on the primary side. However, electromagnetic coupling can also occur between inductors of other combinations. From the viewpoint of efficient power transmission, it is desirable to minimize the electromagnetic coupling between inductor combinations that do not contribute to power transmission. In particular, electromagnetic coupling in a combination of inductors that does not contribute to power transmission is called unnecessary coupling.

一次側のインダクタどうしまたは、二次側のインダクタどうしの電気的な結合は不要結合となる。図３には、同じ側のインダクタどうしの結合係数が示されている。略６０度離れて配置されたインダクタ（最近接のインダクタ）との結合係数をｋａとする。例えば、インダクタＬｗｕ１Ａの場合、インダクタＬｕｖ１ＢまたはインダクタＬｖｗ１Ｂとの結合係数がｋａとなる。また、略１２０度離れて配置されたインダクタとの結合係数をｋｂとする。例えば、インダクタＬｗｕ１Ａの場合、インダクタＬｖｗ１ＡまたはインダクタＬｕｖ１Ａとの結合係数がｋｂとなる。略１２０度離れて配置されたインダクタ（点ｏの両側に向かい合って配置されており、最も離れているインダクタ）との結合係数をｋｃとする。例えば、インダクタＬｗｕ１Ａの場合、インダクタＬｗｕ１Ｂとの結合係数がｋｃとなる。結合係数ｋｃは同一ペアに属するインダクタどうしの結合係数に相当する。なお、上述の説明における角度は、点ｏからみた中心点間の角度である。 Electrical coupling between the inductors on the primary side or between the inductors on the secondary side is unnecessary coupling. FIG. 3 shows the coupling coefficients of inductors on the same side. Let ka be the coupling coefficient with inductors (closest inductors) arranged approximately 60 degrees apart. For example, if the inductor L Wu1A, the coupling coefficient between the inductor L Uv1B or inductor L Vw1B is k a. Further, the coupling coefficient with the inductors arranged at a distance of about 120 degrees is defined as kb . For example, if the inductor L Wu1A, the coupling coefficient between the inductor L Vw1A or inductor L Uv1A is k b. Let k c be the coupling coefficient with inductors arranged approximately 120 degrees apart (inductors arranged facing both sides of point o and farthest from each other). For example, if the inductor L Wu1A, the coupling coefficient between the inductor L Wu1B is k c. The coupling coefficient k c corresponds to the coupling coefficient between inductors belonging to the same pair. The angle in the above description is the angle between the center points as seen from the point o.

上述の結合係数ｋａ、ｋｂ、ｋｃがあるため、電力伝送に寄与しない相互インダクタンスＭａ、Ｍｂ、Ｍｃが生じる。電力伝送に寄与しない相互インダクタンスによって生じる誘起電圧の発生をキャンセルすることが好ましい。以下では、図４を参照しながら、電力伝送に寄与しない相互インダクタンスによって生じる誘起電圧がキャンセルされる条件について説明する。図４は、送電回路および受電回路の構成例を詳細に示している。なお、図４では回路と送電パッド１５、受電パッド２４との対応関係の例が示されている。ただし、送電パッド１５／受電パッド２４はキャパシタなど、インダクタ以外の素子を含んでいてもよい。 Coupling coefficient of above k a, k b, because of the k c, the mutual inductance M a, M b, is M c occurs that does not contribute to power transmission. It is preferable to cancel the generation of induced voltage caused by mutual inductance that does not contribute to power transmission. In the following, with reference to FIG. 4, the condition for canceling the induced voltage generated by the mutual inductance that does not contribute to the power transmission will be described. FIG. 4 shows in detail a configuration example of the power transmission circuit and the power reception circuit. Note that FIG. 4 shows an example of the correspondence between the circuit and the power transmission pad 15 and the power reception pad 24. However, the power transmission pad 15 / power reception pad 24 may include an element other than the inductor, such as a capacitor.

図４の相互インダクタンスＭａ１、Ｍｂ１、Ｍｃ１と電流ｉｕｖ１、ｉｖｗ１、ｉｗｕ１を使うと、一次側のインダクタＬｕｖ１Ａに誘起される電圧ｖｕｖ１Ａは下記の式（１）のように表すことができる。
With the mutual inductance M a1, M b1, M c1 and current i uv1, i vw1, i wu1 in FIG 4, the voltage v Uv1A induced in the primary side of the inductor L Uv1A is as in Equation (1) below Can be represented.

ここで、Ｌ１は自己インダクタンスであり、ＭはインダクタＬｕｖ１Ａと対向するインダクタＬｕｖ２Ａとの相互インダクタンスである。式（１）の右辺の第３項以降は電力伝送に寄与しない電圧成分に相当する。 Here, L 1 is self inductance, M is the mutual inductance between the inductor L UV2A facing the inductor L uv1A. The third and subsequent terms on the right side of equation (1) correspond to voltage components that do not contribute to power transmission.

また、式（１）の電流ｉｕｖ１、ｉｖｗ１、ｉｗｕ１は下記の式（２）のように表される。
The current i uv1, i vw1, i wu1 of formula (1) is expressed by the following equation (2).

式（２）を上述の式（１）に代入すると、下記の式（３）がえられる。
By substituting the equation (2) into the above equation (1), the following equation (3) is obtained.

式（３）より、Ｍａ１＝Ｍｂ１＋Ｍｃ１が満たされると、不要結合による誘起電圧が発生しないことがわかる。一次側のインダクタの自己インダクタンスはすべて等しいため、不要結合による誘起電圧が発生しない条件はｋａ１＝ｋｂ１＋ｋｃ１となる。図４の受電回路２１側について式（１）〜（３）と同様の計算を行うと、二次側で不要結合による誘起電圧が発生しない条件としてｋａ２＝ｋｂ２＋ｋｃ２が求められる。 From equation (3), it can be seen that when Ma1 = M b1 + Mc1 is satisfied, the induced voltage due to unnecessary coupling does not occur. Since the self-inductances of the inductors on the primary side are all equal, the condition that the induced voltage due to unnecessary coupling does not occur is ka1 = k b1 + k c1 . When the same calculation as in equations (1) to (3) is performed on the power receiving circuit 21 side of FIG. 4, ka2 = k b2 + k c2 is obtained as a condition that the induced voltage due to unnecessary coupling is not generated on the secondary side.

したがって、三相交流の非接触電力伝送システムでは、ｋａ＝ｋｂ＋ｋｃの条件が満たされるよう、送電側（一次側）と受電側（二次側）のそれぞれ６個のインダクタを配置することにより、不要結合による誘起電圧の発生を低減することができる。性能面からは、一次側と二次側の両方でｋａ＝ｋｂ＋ｋｃの条件が満たされていることが好ましい。ただし、一次側と二次側の両方で当該条件が満たされていることは必須ではない。例えば、一次側のみでｋａ＝ｋｂ＋ｋｃの条件が満たされていれば、一次側のインダクタに起因する不要結合による誘起電圧の発生を低減できる。また、二次側の受電パッド２４のみでｋａ＝ｋｂ＋ｋｃの条件が満たされていれば、二次側のインダクタに起因する不要結合による誘起電圧の発生を低減できる。 Therefore, in the contactless power transmission system of a three-phase alternating current, so that the condition of k a = k b + k c is satisfied, respectively arranged six inductor of the power transmission (primary side) and the power receiving side (secondary side) As a result, the generation of induced voltage due to unnecessary coupling can be reduced. From the performance side, it is preferable that the condition of k a = k b + k c at both the primary side and the secondary side is filled. However, it is not essential that the conditions are met on both the primary and secondary sides. For example, if the condition of only the primary k a = k b + k c is satisfied, it is possible to reduce the occurrence of induced voltage caused by unnecessary coupling due to the primary side of the inductor. Moreover, only the power receiving pad 24 of the secondary-side k a = k b + long as the condition of k c is satisfied, it is possible to reduce the occurrence of induced voltage caused by unnecessary binding due to the secondary side of the inductor.

図３では、各インダクタのコイル軸が、正六角形の中心点ｏを通っている。ここで、正六角形とは、隣り合うインダクタの中心点ｃを結ぶことによって形成される正六角形のことをいう。ただし、各インダクタのコイル軸は、必ず正六角形の中心点ｏを通らなくてもよい。正六角形の一辺の長さはＲである。 In FIG. 3, the coil shaft of each inductor passes through the center point o of a regular hexagon. Here, the regular hexagon means a regular hexagon formed by connecting the center points c of adjacent inductors. However, the coil shaft of each inductor does not necessarily have to pass through the center point o of the regular hexagon. The length of one side of a regular hexagon is R.

例えば、図５に示されているように、各インダクタのコイル軸が、同じペアに属するインダクタの中心点ｃ間を結ぶ線に対して一定の角度θをなすよう、各インダクタを配置してもよい。図５の例では、各インダクタのコイル軸が、同じペアに属するインダクタの中心点ｃ間を結ぶ線に対してθ＝３６度の角度をなしている。同じペアに属するインダクタのコイル軸は互いに略平行となっている。上述のように、同じペアに属するインダクタのコイルは逆向きに巻かれているため、生成される磁束は略反対方向となり、互いに打ち消し合う。このため、図５の構成を使っても環境中における漏れ磁束の数を減らすことができる。以降では、上述の角度θをインダクタのコイル軸の角度とよぶものとする。 For example, as shown in FIG. 5, even if each inductor is arranged so that the coil shaft of each inductor forms a constant angle θ with respect to the line connecting the center points c of the inductors belonging to the same pair. Good. In the example of FIG. 5, the coil shaft of each inductor has an angle of θ = 36 degrees with respect to the line connecting the center points c of the inductors belonging to the same pair. The coil axes of inductors belonging to the same pair are substantially parallel to each other. As described above, since the coils of the inductors belonging to the same pair are wound in opposite directions, the generated magnetic fluxes are in substantially opposite directions and cancel each other out. Therefore, even if the configuration of FIG. 5 is used, the number of leakage flux in the environment can be reduced. Hereinafter, the above-mentioned angle θ will be referred to as the angle of the coil shaft of the inductor.

なお、インダクタのコイル軸の角度θを下記のように定義することができる。すなわち、インダクタのうち、コイル１７が巻かれている部分のコイル軸方向の第１中心線と、インダクタのうち、コイル１７が巻かれている部分のコイル軸方向と垂直な方向の第２中心線との交点と、インダクタの中心点とを結ぶ線と、コイル軸とがなす角度θをインダクタのコイル軸の角度と定義することが可能である。 The angle θ of the coil shaft of the inductor can be defined as follows. That is, the first center line in the coil axis direction of the portion of the inductor in which the coil 17 is wound and the second center line in the direction perpendicular to the coil axis direction of the portion of the inductor in which the coil 17 is wound. It is possible to define the angle θ formed by the line connecting the intersection with and the center point of the inductor and the coil shaft as the angle of the coil shaft of the inductor.

電気自動車、駐車場、停留所などでは、非接触電力伝送システムを実装可能な空間または領域のサイズに制約があることもある。そこで、図５の構成を使うことにより、図３の構成と比べて送電側と受電側のそれぞれの６個のインダクタの実装面積を抑えることが可能となる。 In electric vehicles, parking lots, stops, etc., there may be restrictions on the size of the space or area in which the wireless power transfer system can be implemented. Therefore, by using the configuration of FIG. 5, it is possible to reduce the mounting area of each of the six inductors on the power transmission side and the power reception side as compared with the configuration of FIG.

図３では、物理パラメータとして、インダクタ（コア）の幅方向の大きさＷと、インダクタ（コア）の長さ方向の大きさＬと、インダクタの中心点と点ｏとの間の距離Ｒ（中心点ｃが形成する正六角形の一辺の長さＲ）とがある。また、図５では、物理パラメータとしてさらにインダクタのコイル軸の角度θがある。不要結合による誘起電圧が発生しない条件（最適条件：ｋａ＝ｋｂ＋ｋｃ）が満たされるよう、物理パラメータを調整することができる。図５の構成では、物理パラメータとしてさらにインダクタのコイル軸の角度θが追加されているため、上述の最適条件を満たす構成の探索が容易となる。Ｗ、Ｌはコアの物理的な大きさであり、必ず調整が可能であるとは限らない。一方、角度θの回転、距離Ｒはインダクタの位置合わせにより値が変えられるため、調整が比較的容易である。 In FIG. 3, as physical parameters, the size W in the width direction of the inductor (core), the size L in the length direction of the inductor (core), and the distance R (center) between the center point and the point o of the inductor are used. There is a length R) of one side of the regular hexagon formed by the point c. Further, in FIG. 5, there is an angle θ of the coil shaft of the inductor as a physical parameter. The physical parameters can be adjusted so that the condition that the induced voltage due to the unnecessary coupling is not generated (optimal condition: k a = k b + k c ) is satisfied. In the configuration of FIG. 5, since the angle θ of the coil shaft of the inductor is further added as a physical parameter, it is easy to search for a configuration that satisfies the above optimum conditions. W and L are the physical sizes of the core and are not always adjustable. On the other hand, the rotation of the angle θ and the distance R can be adjusted relatively easily because the values can be changed by aligning the inductors.

なお、図３の構成は、図５の構成でインダクタのコイル軸の角度θが０度である場合であると解釈してもよい。 The configuration of FIG. 3 may be interpreted as the case where the angle θ of the coil shaft of the inductor is 0 degrees in the configuration of FIG.

最適条件（ｋａ＝ｋｂ＋ｋｃ）が満たされる物理パラメータを最適パラメータとよぶものとする。また、特定のＬ、Ｗ、Ｒの値において最適条件（ｋａ＝ｋｂ＋ｋｃ）が満たされるインダクタのコイル軸の角度θを最適角度θｏとよぶものとする。以下では、各条件における最適角度θｏについて説明する。 It shall be called the physical parameters optimum (k a = k b + k c) is met and optimal parameters. Further, it is assumed that called the particular L, W, optimum conditions at the value of R (k a = k b + k c) optimum angle the angle theta of the coil axis of the inductor is satisfied theta o. The optimum angle θ o under each condition will be described below.

最適角度θｏを計算する方法のひとつとして、磁気双極子近似がある。磁気双極子近似では、各インダクタを微小な磁気双極子とみなし、近似的な計算を行う。具体的には、ひとつの双極子が発生させる磁界と、もう一方の双極子の磁気モーメントとの内積を求める。この方法によって近似的に求められる結合係数ｋａは、下記の式（４）を用いて求めることができる。ここで、Ｃは適当に定めた定数である。
There is a magnetic dipole approximation as one of the methods for calculating the optimum angle θ o . In the magnetic dipole approximation, each inductor is regarded as a minute magnetic dipole, and approximate calculation is performed. Specifically, the inner product of the magnetic field generated by one dipole and the magnetic moment of the other dipole is obtained. Coupling coefficient k a, which is approximately obtained by this method can be determined using Equation (4) below. Here, C is an appropriately determined constant.

また、磁気双極子近似によって求められる結合係数ｋｂは下記の式（５）のようになる。
The coupling coefficient k b obtained by the magnetic dipole approximation is given by the following equation (5).

同様に、磁気双極子近似によって求められる結合係数ｋｃは下記の式（６）のようになる。
Similarly, the coupling coefficient k c obtained by the magnetic dipole approximation is as shown in the following equation (6).

図６は、磁気双極子近似で計算した結合係数の例を示している。図６の横軸は各インダクタのコイル軸の角度θであり、縦軸は結合係数である。また、図７は磁気双極子近似で計算した不要結合による誘起電圧のθ＝０度のときとの比の例を示したグラフである。図７の横軸は各インダクタのコイル軸の角度θであり、縦軸はθ＝０度のときの不要結合による誘起電圧を１として正規化した値を示している。 FIG. 6 shows an example of the coupling coefficient calculated by the magnetic dipole approximation. The horizontal axis of FIG. 6 is the angle θ of the coil axis of each inductor, and the vertical axis is the coupling coefficient. Further, FIG. 7 is a graph showing an example of the ratio of the induced voltage due to unnecessary coupling calculated by the magnetic dipole approximation to when θ = 0 degrees. The horizontal axis of FIG. 7 is the angle θ of the coil axis of each inductor, and the vertical axis shows a normalized value with the induced voltage due to unnecessary coupling when θ = 0 degrees as 1.

図６を参照すると、各インダクタのコイル軸の角度θが略３４．５度であるときに、ｋａ−ｋｂ−ｋｃ＝０となっている。また、図７では、各インダクタのコイル軸の角度θが略３４．５度であるときに、不要結合による誘起電圧のθ＝０度のときとの比が最小値となっている。図７を参照すると、角度θによっては、不要結合による誘起電圧のθ＝０度のときとの比が１より小さくなっている。このように、同じペアに属するインダクタのコイル軸に角度をつけることによって、不要結合による誘起電圧を抑制できる。 Referring to FIG. 6, when the angle θ of the coil shaft of each inductor is approximately 34.5 degrees, k a − k b − k c = 0. Further, in FIG. 7, when the angle θ of the coil shaft of each inductor is approximately 34.5 degrees, the ratio of the induced voltage due to unnecessary coupling to when θ = 0 degrees is the minimum value. Referring to FIG. 7, depending on the angle θ, the ratio of the induced voltage due to unnecessary coupling to when θ = 0 degrees is smaller than 1. In this way, by angling the coil shafts of inductors belonging to the same pair, the induced voltage due to unnecessary coupling can be suppressed.

磁気双極子近似を行うことによって、インダクタのコイル軸の最適角度θｏ＝３４．５度を求めることができる。ただし、磁気双極子近似では、インダクタを微小な磁気双極子であるとみなして計算をしているため、インダクタの物理的な大きさが考慮されていない。電磁場解析を行うことにより、インダクタの物理的な大きさや形状を含めたより高精度な最適角度θｏを計算することができる。 By performing the magnetic dipole approximation, the optimum angle θ o = 34.5 degrees of the coil shaft of the inductor can be obtained. However, in the magnetic dipole approximation, the physical size of the inductor is not taken into consideration because the calculation is performed by regarding the inductor as a minute magnetic dipole. By performing electromagnetic field analysis, it is possible to calculate a more accurate optimum angle θ o including the physical size and shape of the inductor.

図３および図５はＲ＝３０ｃｍ、Ｌ＝２４ｃｍ、Ｗ＝１５ｃｍの送電パッド１５／受電パッド２４を略平面視したときの構成（第１の構成例）となっている。以下では、この第１の構成例について電磁場解析を行った結果を説明する（図８、図９）。 3 and 5 show a configuration (first configuration example) when the power transmission pad 15 / power reception pad 24 having R = 30 cm, L = 24 cm, and W = 15 cm is viewed in a substantially plan view. Hereinafter, the results of electromagnetic field analysis of the first configuration example will be described (FIGS. 8 and 9).

図８は、電磁場解析で計算した結合係数の第１例を示したグラフである。図８の横軸は各インダクタのコイル軸の角度θであり、縦軸は結合係数である。図９は、電磁場解析で計算した不要結合による誘起電圧のθ＝０度のときとの比の第１例を示したグラフである。図９の横軸は各インダクタのコイル軸の角度θであり、縦軸はθ＝０度のときの不要結合による誘起電圧を１として正規化した値を示している。 FIG. 8 is a graph showing the first example of the coupling coefficient calculated by the electromagnetic field analysis. The horizontal axis of FIG. 8 is the angle θ of the coil axis of each inductor, and the vertical axis is the coupling coefficient. FIG. 9 is a graph showing a first example of the ratio of the induced voltage due to unnecessary coupling calculated by electromagnetic field analysis to the case where θ = 0 degrees. The horizontal axis of FIG. 9 is the angle θ of the coil axis of each inductor, and the vertical axis shows a normalized value with the induced voltage due to unnecessary coupling when θ = 0 degrees as 1.

図８を参照すると、各インダクタのコイル軸の角度θが略３７度であるときに、ｋａ−ｋｂ−ｋｃ＝０となっている。また、図９では、各インダクタのコイル軸の角度θが略３７度であるときに、不要結合による誘起電圧のθ＝０度のときとの比が最小値となっている。すなわち、第１例における最適角度θｏは略３７度である。また、図９を参照すると、各インダクタのコイル軸の角度θを略３５度〜略３９度の範囲に設定すれば、不要結合による誘起電圧をθ＝０度の場合と比べて１０％以下に抑えることが可能である。同様に、図９を参照すると、各インダクタのコイル軸の角度θを略２３度〜略５０度の範囲に設定すれば、不要結合による誘起電圧をθ＝０度の場合と比べて５０％以下に抑えることが可能である。なお、式（２）などで示したように不要結合による誘起電圧の大きさは、略｜ｋａ−ｋｂ−ｋｃ｜に比例すると考えてよい。 Referring to FIG. 8, when the angle θ of the coil shaft of each inductor is approximately 37 degrees, k a − k b − k c = 0. Further, in FIG. 9, when the angle θ of the coil shaft of each inductor is approximately 37 degrees, the ratio of the induced voltage due to unnecessary coupling to when θ = 0 degrees is the minimum value. That is, the optimum angle θ o in the first example is approximately 37 degrees. Further, referring to FIG. 9, if the angle θ of the coil shaft of each inductor is set in the range of about 35 degrees to about 39 degrees, the induced voltage due to unnecessary coupling is reduced to 10% or less as compared with the case of θ = 0 degrees. It is possible to suppress it. Similarly, referring to FIG. 9, if the angle θ of the coil shaft of each inductor is set in the range of about 23 degrees to about 50 degrees, the induced voltage due to unnecessary coupling is 50% or less as compared with the case of θ = 0 degrees. It is possible to suppress to. As shown in Eq. (2) and the like, the magnitude of the induced voltage due to unnecessary coupling may be considered to be approximately proportional to | k a- k b- k c |.

次に、図３および図５の構成と比べて同じペアに属するインダクタ中心点間の距離を大きく設定し、Ｒ＝４０ｃｍ、Ｌ＝２４ｃｍ、Ｗ＝１５ｃｍとした場合の結果について説明する（図１０、図１１）。 Next, the results when the distance between the inductor center points belonging to the same pair is set larger than that of the configurations of FIGS. 3 and 5 and R = 40 cm, L = 24 cm, and W = 15 cm will be described (FIG. 10). , FIG. 11).

図１０は、電磁場解析で計算した結合係数の第２例を示したグラフである。図１０の横軸は各インダクタのコイル軸の角度θであり、縦軸は結合係数である。図１１は、電磁場解析で計算した不要結合による誘起電圧のθ＝０度のときとの比の第２例を示したグラフである。図１１の横軸は各インダクタのコイル軸の角度θであり、縦軸はθ＝０度のときの不要結合による誘起電圧を１として正規化した値を示している。 FIG. 10 is a graph showing a second example of the coupling coefficient calculated by electromagnetic field analysis. The horizontal axis of FIG. 10 is the angle θ of the coil axis of each inductor, and the vertical axis is the coupling coefficient. FIG. 11 is a graph showing a second example of the ratio of the induced voltage due to unnecessary coupling calculated by electromagnetic field analysis to that when θ = 0 degrees. The horizontal axis of FIG. 11 is the angle θ of the coil axis of each inductor, and the vertical axis shows a normalized value with the induced voltage due to unnecessary coupling when θ = 0 degrees as 1.

図１０を参照すると、各インダクタのコイル軸の角度θが略３６度であるときに、ｋａ−ｋｂ−ｋｃ＝０となっている。また、図１１では、各インダクタのコイル軸の角度θが略３６度であるときに、不要結合による誘起電圧のθ＝０度のときとの比が最小値となっている。すなわち、第２例における最適角度θｏは略３６度である。また、図１１を参照すると、各インダクタのコイル軸の角度θを略３４度〜略３７度の範囲に設定すれば、不要結合による誘起電圧をθ＝０度の場合と比べて１０％以下に抑えることが可能である。同様に、図１１を参照すると、各インダクタのコイル軸の角度θを略２３度〜略４８度の範囲に設定すれば、不要結合による誘起電圧をθ＝０度の場合と比べて５０％以下に抑えることが可能である。 Referring to FIG. 10, when the angle θ of the coil shaft of each inductor is approximately 36 degrees, k a − k b − k c = 0. Further, in FIG. 11, when the angle θ of the coil shaft of each inductor is approximately 36 degrees, the ratio of the induced voltage due to unnecessary coupling to when θ = 0 degrees is the minimum value. That is, the optimum angle θ o in the second example is approximately 36 degrees. Further, referring to FIG. 11, if the angle θ of the coil shaft of each inductor is set in the range of about 34 degrees to about 37 degrees, the induced voltage due to unnecessary coupling is reduced to 10% or less as compared with the case of θ = 0 degrees. It is possible to suppress it. Similarly, referring to FIG. 11, if the angle θ of the coil shaft of each inductor is set in the range of approximately 23 degrees to approximately 48 degrees, the induced voltage due to unnecessary coupling is 50% or less as compared with the case of θ = 0 degrees. It is possible to suppress to.

次に、第２例より同じペアに属するインダクタ中心点間の距離をさらに大きく設定した場合について説明する。具体的には、Ｒ＝５０ｃｍ、Ｌ＝２４ｃｍ、Ｗ＝１５ｃｍとした構成について説明する。図１２は、θ＝０度のときの６個のインダクタの配置例を示した平面図である。また、図１３は、各インダクタのコイル軸に角度をつけた場合における６個のインダクタの配置例を示した平面図である。 Next, a case where the distance between the inductor center points belonging to the same pair is set to be larger than that of the second example will be described. Specifically, a configuration in which R = 50 cm, L = 24 cm, and W = 15 cm will be described. FIG. 12 is a plan view showing an arrangement example of six inductors when θ = 0 degrees. Further, FIG. 13 is a plan view showing an arrangement example of the six inductors when the coil shafts of the inductors are angled.

図１４は、電磁場解析で計算した結合係数の第３例を示したグラフである。図１４の横軸は各インダクタのコイル軸の角度θであり、縦軸は結合係数である。図１５は、電磁場解析で計算した不要結合による誘起電圧のθ＝０度のときとの比の第３例を示したグラフである。図１５の横軸は各インダクタのコイル軸の角度θであり、縦軸はθ＝０度のときの不要結合による誘起電圧を１として正規化した値を示している。 FIG. 14 is a graph showing a third example of the coupling coefficient calculated by the electromagnetic field analysis. The horizontal axis of FIG. 14 is the angle θ of the coil axis of each inductor, and the vertical axis is the coupling coefficient. FIG. 15 is a graph showing a third example of the ratio of the induced voltage due to unnecessary coupling calculated by electromagnetic field analysis to that when θ = 0 degrees. The horizontal axis of FIG. 15 is the angle θ of the coil axis of each inductor, and the vertical axis shows a normalized value with the induced voltage due to unnecessary coupling when θ = 0 degrees as 1.

図１４を参照すると、各インダクタのコイル軸の角度θが略３６度であるときに、ｋａ−ｋｂ−ｋｃ＝０となっている。また、図１５では、各インダクタのコイル軸の角度θが略３６度であるときに、不要結合による誘起電圧のθ＝０度のときとの比が最小値となっている。すなわち、第３例における最適角度θｏは略３６度である。また、図１５を参照すると、各インダクタのコイル軸の角度θを略３４度〜略３８度の範囲に設定すれば、不要結合による誘起電圧をθ＝０度の場合と比べて１０％以下に抑えることが可能である。同様に、図１５を参照すると、各インダクタのコイル軸の角度θを略２３度〜略４６度の範囲に設定すれば、不要結合による誘起電圧をθ＝０度の場合と比べて５０％以下に抑えることが可能である。 Referring to FIG. 14, when the angle θ of the coil shaft of each inductor is approximately 36 degrees, k a − k b − k c = 0. Further, in FIG. 15, when the angle θ of the coil shaft of each inductor is approximately 36 degrees, the ratio of the induced voltage due to unnecessary coupling to when θ = 0 degrees is the minimum value. That is, the optimum angle θ o in the third example is approximately 36 degrees. Further, referring to FIG. 15, if the angle θ of the coil shaft of each inductor is set in the range of about 34 degrees to about 38 degrees, the induced voltage due to unnecessary coupling is reduced to 10% or less as compared with the case of θ = 0 degrees. It is possible to suppress it. Similarly, referring to FIG. 15, if the angle θ of the coil shaft of each inductor is set in the range of approximately 23 degrees to approximately 46 degrees, the induced voltage due to unnecessary coupling is 50% or less as compared with the case of θ = 0 degrees. It is possible to suppress to.

上述では、同じペアに属するインダクタの中心点間の距離Ｒが変更された場合の結果について説明した。次に、コアのサイズが変更された場合について説明する。図１６は、Ｒ＝４０ｃｍ、Ｌ＝３２ｃｍ、Ｗ＝１５ｃｍとした場合における、６個のインダクタの配置例を示した平面図である。図１６の構成では、θ＝０度となっている。一方、図１７は、図１６の配置において、各インダクタのコイル軸に角度をつけた場合の例を示した平面図である。図１６および図１７では、上述の例に比べ、コアのサイズが長辺方向に大きくなっている。 In the above, the result when the distance R between the center points of the inductors belonging to the same pair is changed has been described. Next, the case where the core size is changed will be described. FIG. 16 is a plan view showing an arrangement example of six inductors when R = 40 cm, L = 32 cm, and W = 15 cm. In the configuration of FIG. 16, θ = 0 degree. On the other hand, FIG. 17 is a plan view showing an example in the case where the coil shaft of each inductor is angled in the arrangement of FIG. In FIGS. 16 and 17, the size of the core is larger in the long side direction than in the above example.

図１８は、電磁場解析で計算した結合係数の第４例を示したグラフである。図１８の横軸は各インダクタのコイル軸の角度θであり、縦軸は結合係数である。図１９は、電磁場解析で計算した不要結合による誘起電圧のθ＝０度のときとの比の第４例を示したグラフである。図１９の横軸は各インダクタのコイル軸の角度θであり、縦軸はθ＝０度のときの不要結合による誘起電圧を１として正規化した値を示している。 FIG. 18 is a graph showing a fourth example of the coupling coefficient calculated by electromagnetic field analysis. The horizontal axis of FIG. 18 is the angle θ of the coil axis of each inductor, and the vertical axis is the coupling coefficient. FIG. 19 is a graph showing a fourth example of the ratio of the induced voltage due to unnecessary coupling calculated by electromagnetic field analysis to the case where θ = 0 degrees. The horizontal axis of FIG. 19 is the angle θ of the coil axis of each inductor, and the vertical axis shows a normalized value with the induced voltage due to unnecessary coupling when θ = 0 degrees as 1.

図１８を参照すると、各インダクタのコイル軸の角度θが略３８．５度であるときに、ｋａ−ｋｂ−ｋｃ＝０となっている。また、図１９では、各インダクタのコイル軸の角度θが略３８．５度であるときに、不要結合による誘起電圧のθ＝０度のときとの比が最小値となっている。すなわち、第４例における最適角度θｏは略３８．５度である。また、図１９を参照すると、各インダクタのコイル軸の角度θを略３６度〜略４０度の範囲に設定すれば、不要結合による誘起電圧をθ＝０度の場合と比べて１０％以下に抑えることが可能である。同様に、図１９を参照すると、各インダクタのコイル軸の角度θを略２２度〜略４９度の範囲に設定すれば、不要結合による誘起電圧をθ＝０度の場合と比べて５０％以下に抑えることが可能である。 Referring to FIG. 18, when the angle θ of the coil shaft of each inductor is approximately 38.5 degrees, k a − k b − k c = 0. Further, in FIG. 19, when the angle θ of the coil shaft of each inductor is approximately 38.5 degrees, the ratio of the induced voltage due to unnecessary coupling to when θ = 0 degrees is the minimum value. That is, the optimum angle θ o in the fourth example is approximately 38.5 degrees. Further, referring to FIG. 19, if the angle θ of the coil shaft of each inductor is set in the range of about 36 degrees to about 40 degrees, the induced voltage due to unnecessary coupling is reduced to 10% or less as compared with the case of θ = 0 degrees. It is possible to suppress it. Similarly, referring to FIG. 19, if the angle θ of the coil shaft of each inductor is set in the range of about 22 degrees to about 49 degrees, the induced voltage due to unnecessary coupling is 50% or less as compared with the case of θ = 0 degrees. It is possible to suppress to.

図２０は、各条件において計算されたインダクタのコイル軸の最適角度θｏの例を示したテーブルである。テーブルの行＃０は、磁気双極子近似（図６、図７）の結果をまとめたものである。また、テーブルの行＃１〜＃４は、それぞれ上述の第１例〜第４例（図８〜図１９）に対応している。 FIG. 20 is a table showing an example of the optimum angle θ o of the coil shaft of the inductor calculated under each condition. Row # 0 in the table summarizes the results of the magnetic dipole approximation (FIGS. 6 and 7). Further, the rows # 1 to # 4 of the table correspond to the above-mentioned first to fourth examples (FIGS. 8 to 19), respectively.

図２０を参照すると、磁気双極子近似によって求められた最適角度（θｏ＝略３４．５度）に比べ、電磁場解析によって求められた最適角度はいずれも大きくなっている。これは、以下に述べるようなことに起因していると考えられる。まず、磁気双極子近似の計算では電磁気的な結合の生じている２つの微小な磁気双極子の存在のみが仮定されている。一方、電磁場解析の計算では６つの一定の大きさを有するインダクタが含まれている。電磁場解析の計算では、インダクタの物理的なサイズと形状だけでなく、インダクタ間の結合やコア間の相互作用も考慮されているため、磁気双極子近似と計算値の違いが生じている。 With reference to FIG. 20, the optimum angles obtained by electromagnetic field analysis are larger than the optimum angles (θ o = approximately 34.5 degrees) obtained by magnetic dipole approximation. This is considered to be due to the following. First, in the calculation of the magnetic dipole approximation, only the existence of two minute magnetic dipoles with electromagnetic coupling is assumed. On the other hand, the calculation of electromagnetic field analysis includes six inductors having a certain size. In the calculation of electromagnetic field analysis, not only the physical size and shape of the inductor but also the coupling between the inductors and the interaction between the cores are taken into consideration, so that there is a difference between the magnetic dipole approximation and the calculated value.

ここまで説明した例では、すべてのインダクタについて、インダクタのコイル軸の角度が等しく設定されていた。ただし、必ずインダクタについて、インダクタのコイル軸の角度が等しく設定されていなくてもよい。例えば、以下のように、第１のペア、第２のペア、第３のペアのそれぞれでインダクタのコイル軸の角度が異なっていてもよい。 In the examples described so far, the angles of the coil shafts of the inductors are set to be equal for all the inductors. However, the angles of the coil axes of the inductors do not necessarily have to be set to be equal for the inductors. For example, the angle of the coil shaft of the inductor may be different in each of the first pair, the second pair, and the third pair as shown below.

図２１は、Ｒ＝４０ｃｍ、Ｌ＝２４ｃｍ、Ｗ＝１５ｃｍとした場合における６個のインダクタの配置例を示した平面図である。図２１では、インダクタのコイル軸の角度がθ＝０度となっている。ただし、図２１の各インダクタの外側には、各ペアにおけるコイル軸の角度の基本角度θＢに対する差分Δθの例が示されている。第２ペア（インダクタＬｗｕ１Ａ、Ｌｗｕ１Ｂ）ではΔθ＝０度とし、コイル軸の角度を基本角度θＢのままとする。第１ペア（インダクタＬｕｖ１Ｂ、Ｌｕｖ１Ａ）ではΔθ＝−２度とし、コイル軸の角度を基本角度θＢより小さくする。第３ペア（インダクタＬｖｗ１Ａ、Ｌｖｗ１Ｂ）ではΔθ＝＋１度とし、コイル軸の角度を基本角度θより大きくする。 FIG. 21 is a plan view showing an arrangement example of six inductors when R = 40 cm, L = 24 cm, and W = 15 cm. In FIG. 21, the angle of the coil shaft of the inductor is θ = 0 degrees. However, on the outside of the inductor of FIG. 21, an example of the difference Δθ it is shown for the basic angle theta B angle of the coil axis in each pair. The second pair (inductor L wu1A, L wu1B) and the [Delta] [theta] = 0 degrees, and the angle of the coil axis remains basic angle theta B. The first pair (inductor L uv1B, L uv1A) and the [Delta] [theta] = -2 °, smaller than the base angle theta B the angle of the coil axis. In the third pair (inductors L vw1A , L vw1B ), Δθ = + 1 degree, and the angle of the coil shaft is made larger than the basic angle θ.

図２２は、図２１の構成例において基本角度θＢを３４．７度に設定した場合を示した平面図である。図２２では、第１ペアにおけるコイル軸の角度がθ＝３２．７度となっている。また、第２ペアにおけるコイル軸の角度がθ＝３４．７度となっている。第３ペアについては、コイル軸の角度がθ＝３５．７度となっている。 FIG. 22 is a plan view showing a case where the basic angle θ B is set to 34.7 degrees in the configuration example of FIG. 21. In FIG. 22, the angle of the coil shaft in the first pair is θ = 32.7 degrees. Further, the angle of the coil shaft in the second pair is θ = 34.7 degrees. For the third pair, the angle of the coil shaft is θ = 35.7 degrees.

次に、図２１、図２２の構成について、電磁場解析を行った結果（図２３、図２４）について説明する。図２３は、電磁場解析で計算した結合係数の第５例を示したグラフである。図２３の横軸は第２ペアの各インダクタのコイル軸の角度θＢであり、縦軸は結合係数である。図２４は、電磁場解析で計算した不要結合による誘起電圧のθ＝０度のときとの比の第５例を示したグラフである。図２４の横軸は第２ペアの各インダクタのコイル軸の角度θＢであり、縦軸はθ＝０度のときの不要結合による誘起電圧を１として正規化した値を示している。 Next, the results of electromagnetic field analysis (FIGS. 23 and 24) will be described for the configurations of FIGS. 21 and 22. FIG. 23 is a graph showing a fifth example of the coupling coefficient calculated by electromagnetic field analysis. The horizontal axis of FIG. 23 is the angle θ B of the coil axis of each inductor of the second pair, and the vertical axis is the coupling coefficient. FIG. 24 is a graph showing a fifth example of the ratio of the induced voltage due to unnecessary coupling calculated by electromagnetic field analysis to the case where θ = 0 degrees. The horizontal axis of FIG. 24 is the angle θ B of the coil axis of each inductor of the second pair, and the vertical axis shows a value normalized with the induced voltage due to unnecessary coupling when θ = 0 degrees as 1.

図２３を参照すると、θＢ＝略３４．７度であるときに、ｋａ−ｋｂ−ｋｃ＝０となっている。また、図２４では、θＢ＝略３４．７度であるときに、不要結合による誘起電圧のθ＝０度のときとの比が最小値となっている。すなわち、第５例において、第２ペアのインダクタの最適角度θｏは略３４．７度である。また、第１ペアのインダクタの最適角度θｏは略３２．４度である。第３ペアのインダクタの最適角度θｏは３５．７度である。この結果より、上述の図２２は、各インダクタのコイル軸の角度が最適角度θｏに設定された場合を示していることがわかる。 Referring to FIG. 23, when θ B = approximately 34.7 degrees, k a − k b − k c = 0. Further, in FIG. 24, when θ B = approximately 34.7 degrees, the ratio of the induced voltage due to unnecessary coupling to when θ = 0 degrees is the minimum value. That is, in the fifth example, the optimum angle θ o of the second pair of inductors is approximately 34.7 degrees. The optimum angle θ o of the first pair of inductors is approximately 32.4 degrees. The optimum angle θ o of the third pair of inductors is 35.7 degrees. From this result, it can be seen that FIG. 22 described above shows a case where the angle of the coil shaft of each inductor is set to the optimum angle θ o .

図２４を参照すると、第２ペアの各インダクタのコイル軸の角度（基本角度）θＢを略３２度〜略３７度の範囲に設定すれば、不要結合による誘起電圧をθ＝０度の場合と比べて１０％以下に抑えることが可能である。この条件を満たすため、第１ペアの各インダクタのコイル軸の角度θは略３０度〜略３５度の範囲に設定される。また、第３ペアの各インダクタのコイル軸の角度θは略３３度〜略３８度の範囲に設定される。 With reference to FIG. 24, if the angle (basic angle) θ B of the coil shafts of the second pair of inductors is set in the range of approximately 32 degrees to approximately 37 degrees, the induced voltage due to unnecessary coupling is θ = 0 degrees. It is possible to suppress it to 10% or less as compared with. In order to satisfy this condition, the angle θ of the coil shaft of each inductor of the first pair is set in the range of about 30 degrees to about 35 degrees. Further, the angle θ of the coil shaft of each inductor of the third pair is set in the range of about 33 degrees to about 38 degrees.

上述の各条件において求められた、不要結合による誘起電圧をθ＝０度の場合と比べて１０％以下に抑える各インダクタのコイル軸の角度θの最小値と最大値をとることができる。この場合、各インダクタのコイル軸の角度θを略３０度〜略４０度の範囲に設定してもよい。また、上述の各条件において求められた、不要結合による誘起電圧をθ＝０度の場合と比べて５０％以下に抑える各インダクタのコイル軸の角度θの最小値と最大値をとることができる。この場合、各インダクタのコイル軸の角度θを略２２度〜略５０度の範囲に設定してもよい。 The minimum and maximum values of the coil shaft angle θ of each inductor that suppresses the induced voltage due to unnecessary coupling to 10% or less as compared with the case of θ = 0 degrees, which are obtained under each of the above conditions, can be taken. In this case, the angle θ of the coil shaft of each inductor may be set in the range of about 30 degrees to about 40 degrees. Further, it is possible to take the minimum and maximum values of the coil shaft angle θ of each inductor that suppresses the induced voltage due to unnecessary coupling to 50% or less as compared with the case of θ = 0 degrees, which is obtained under each of the above conditions. .. In this case, the angle θ of the coil shaft of each inductor may be set in the range of about 22 degrees to about 50 degrees.

図２１、図２２の構成例ではすべてのペアにおいてインダクタのコイル軸の角度が異なっていた。ただし、３つのペアのうち、１つのペアのインダクタのコイル軸の角度のみを異なった値に設定してもよい。 In the configuration examples of FIGS. 21 and 22, the angles of the coil shafts of the inductors were different in all the pairs. However, of the three pairs, only the angle of the coil shaft of the inductor of one pair may be set to a different value.

図２５〜図２９はシミュレーションによって計算された磁束の方向の例を示した平面図である。図２５〜２５にはＬ１〜Ｌ６の６つのインダクタが示されている。図２５は、物理パラメータがＬ＝２４ｃｍ、Ｗ＝１５ｃｍ、Ｒ＝４０ｃｍ、θ＝３６度であるときの結果を示している。図２６は、物理パラメータがＬ＝２４ｃｍ、Ｗ＝１５ｃｍ、Ｒ＝５０ｃｍ、θ＝３６度であるときの結果を示している。図２７は、物理パラメータがＬ＝２４ｃｍ、Ｗ＝１５ｃｍ、Ｒ＝３０ｃｍ、θ＝３７度であるときの結果を示している。図２８は、物理パラメータがＬ＝３２ｃｍ、Ｗ＝１５ｃｍ、Ｒ＝４０ｃｍ、θ＝３８．５度であるときの結果を示している。図２９は、物理パラメータがＬ＝３２ｃｍ、Ｗ＝１５ｃｍ、Ｒ＝４０ｃｍ、θ＝４０度であるときの結果を示している。 25 to 29 are plan views showing an example of the direction of the magnetic flux calculated by the simulation. Six inductors L1 to L6 are shown in FIGS. 25 to 25. FIG. 25 shows the results when the physical parameters are L = 24 cm, W = 15 cm, R = 40 cm, and θ = 36 degrees. FIG. 26 shows the results when the physical parameters are L = 24 cm, W = 15 cm, R = 50 cm, and θ = 36 degrees. FIG. 27 shows the results when the physical parameters are L = 24 cm, W = 15 cm, R = 30 cm, and θ = 37 degrees. FIG. 28 shows the results when the physical parameters are L = 32 cm, W = 15 cm, R = 40 cm, and θ = 38.5 degrees. FIG. 29 shows the results when the physical parameters are L = 32 cm, W = 15 cm, R = 40 cm, and θ = 40 degrees.

図２７では、インダクタの長さ方向の大きさＬ（２４ｃｍ）が中心点の形成する六角形の一辺の長さＲ（３０ｃｍ）の０．８倍となっており、インダクタどうしが比較的近接した状態で配置されている。図２７のようにθ＝３７度だと、インダクタＬ１のｙ軸負方向から出る磁束の一部が、隣接するインダクタＬ２のコアに向かっている。したがって、インダクタＬ１のコイル軸両側について観察すると、磁束の分布がｘ軸正側に偏っている。図２７では、この偏りが図２５および図２６に比べて大きくなっている。 In FIG. 27, the size L (24 cm) in the length direction of the inductor is 0.8 times the length R (30 cm) of one side of the hexagon formed by the center point, and the inductors are relatively close to each other. It is arranged in the state. When θ = 37 degrees as shown in FIG. 27, a part of the magnetic flux emitted from the negative direction of the y-axis of the inductor L1 is directed toward the core of the adjacent inductor L2. Therefore, when observing both sides of the coil shaft of the inductor L1, the distribution of the magnetic flux is biased to the positive side of the x-axis. In FIG. 27, this bias is larger than in FIGS. 25 and 26.

このため、図２７のインダクタＬ１では、磁束分布についてみるとコイル軸の角度が大きくなったのと等価な状態となっている。図２７の構成に相当するシミュレーション（電磁場解析）結果である図８のグラフを参照すると、結合係数ｋｂ、ｋｃのサンプルの分布が図６と比べてθの小さい側（左側）にずれている。しかし、インダクタＬ１とインダクタＬ２間の相互作用に関連する、結合係数ｋａのサンプルの分布については、左方向へのずれが小さく、図１４（図２６に相当）、図１８（図２５の相当）との差が小さい。図２７に対応する図８のグラフで、最適角度θｏが略３７度と、他の条件と比べて大きくなっているのは、磁束分布に偏りがあるためであると推測される。 Therefore, in the inductor L1 of FIG. 27, the magnetic flux distribution is in a state equivalent to an increase in the angle of the coil shaft. Referring to the graph of FIG. 8 is a simulation (electromagnetic field analysis) result corresponding to the configuration of FIG. 27, the coupling coefficient k b, the distribution of samples of k c shifted to smaller side (left side) of θ as compared with FIG. 6 There is. However, relating to the interaction between the inductors L1 and the inductor L2, the distribution of samples of the coupling coefficient k a, the small deviation to the left (corresponding to FIG. 26) FIG. 14, equivalent to 18 (25 ) Is small. In the graph of FIG. 8 corresponding to FIG. 27, the optimum angle θ o is about 37 degrees, which is larger than other conditions, and it is presumed that the magnetic flux distribution is biased.

図２８および図２９では、コアの長さ方向の大きさＬ（３２ｃｍ）が幅方向の大きさＷ（１５ｃｍ）の約２．１３倍となっている。このため、反磁性が小さく、コイル軸の方向に磁束が集中している。θ＝３８．５度となっている図２８では、インダクタＬ１で生成された磁束の一部が、インダクタＬ３のｘ軸正方向側に集中している。ただし、θ＝４０度となっている図２９では、インダクタＬ１で生成された磁束の一部が、インダクタＬ３のｘ軸正方向側に集中する現象が目立たなくなっている。 In FIGS. 28 and 29, the size L (32 cm) in the length direction of the core is about 2.13 times the size W (15 cm) in the width direction. Therefore, the diamagnetism is small, and the magnetic flux is concentrated in the direction of the coil shaft. In FIG. 28 where θ = 38.5 degrees, a part of the magnetic flux generated by the inductor L1 is concentrated on the x-axis positive direction side of the inductor L3. However, in FIG. 29 where θ = 40 degrees, the phenomenon that a part of the magnetic flux generated by the inductor L1 is concentrated on the x-axis positive direction side of the inductor L3 is not conspicuous.

このため、図２８および図２９の条件に対応する図１８のグラフを参照すると、結合係数ｋａに対応するサンプルの分布がθの大きい側（右側）に１度ほどずれている。図１８のグラフを参照すると、角度θが略３８．５度の場合に｜ｋａ−ｋｂ−ｋｃ｜＝０となっている。この最適角度θｏは他の条件で求められた値と比べて大きい。 Thus, referring to the graph of FIG. 18 corresponding to the condition of FIG. 28 and FIG. 29, the distribution of samples corresponding to the coupling coefficient k a is shifted about 1 ° larger side (right side) of theta. With reference to the graph of FIG. 18, when the angle θ is approximately 38.5 degrees, | k a − k b − k c | = 0. This optimum angle θ o is larger than the values obtained under other conditions.

上述では、インダクタのコイル軸が、同じペアに属するインダクタの中心点ｃ間を結ぶ線に対してある角度θをなしている例について説明した。ここで、角度θの方向が同じペアに属するインダクタの中心点ｃ間を結ぶ線に対して、時計回りとなっている場合があれば、反時計回りとなる場合もありうる。同じペアに属するインダクタのコイル軸が、中心点ｃ間を結ぶ線に対してなしている角度の方向が同一（すなわち、同じペアに属するインダクタのコイル軸が略平行）なのであれば、送電装置１／受電装置２において両方向の角度を有するインダクタのペアが混在していてもよい。 In the above description, an example in which the coil shafts of the inductors form an angle θ with respect to the line connecting the center points c of the inductors belonging to the same pair has been described. Here, the direction of the angle θ may be clockwise or counterclockwise with respect to the line connecting the center points c of the inductors belonging to the same pair. If the coil shafts of the inductors belonging to the same pair have the same angle direction with respect to the line connecting the center points c (that is, the coil shafts of the inductors belonging to the same pair are substantially parallel), the power transmission device 1 / In the power receiving device 2, a pair of inductors having angles in both directions may be mixed.

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、送電側と受電側のそれぞれの６個のインダクタが異なる物理パラメータの組み合わせをとりうることを述べた。非接触電力伝送システムは、使用中に一部の物理パラメータが調整できるように設計されていてもよい。第２の実施形態に係る非接触電力伝送システムでは、インダクタのコイル軸の角度θが調整可能となっている。以下では、第１の実施形態との差異点を中心に第２の実施形態に係る非接触電力伝送システムを説明する。 (Second Embodiment)
In the first embodiment, it was stated that each of the six inductors on the power transmitting side and the power receiving side can take a combination of different physical parameters. The contactless power transfer system may be designed so that some physical parameters can be adjusted during use. In the non-contact power transmission system according to the second embodiment, the angle θ of the coil shaft of the inductor can be adjusted. Hereinafter, the non-contact power transmission system according to the second embodiment will be described with a focus on the differences from the first embodiment.

図３０は、第２の実施形態に係る非接触電力伝送システムの構成例を示している。図３０の送電装置１は、図1の送電装置１の構成要素に加え、制御回路１８と、アクチュエータ１９と、無線通信回路１００とを備えている。アクチュエータ１９は、送電パッド１５のインダクタの物理パラメータの少なくとも一部を調整する。本実施形態では、アクチュエータ１９として、インダクタのコイル軸の角度θを調整するロータリアクチュエータが使われた場合を例に説明する。ただし、同じペアに属するインダクタの中心点ｃ間の距離Ｒを調整するリニアアクチュエータなど、その他の種類のアクチュエータを使ってもよい。 FIG. 30 shows a configuration example of the non-contact power transmission system according to the second embodiment. The power transmission device 1 of FIG. 30 includes a control circuit 18, an actuator 19, and a wireless communication circuit 100 in addition to the components of the power transmission device 1 of FIG. The actuator 19 adjusts at least some of the physical parameters of the inductor of the power transmission pad 15. In the present embodiment, a case where a rotary actuator for adjusting the angle θ of the coil shaft of the inductor is used as the actuator 19 will be described as an example. However, other types of actuators such as a linear actuator that adjusts the distance R between the center points c of inductors belonging to the same pair may be used.

無線通信回路１００は、受電装置２の無線通信回路２５からデータを受信することができる。制御回路１８は、送電装置１の各構成要素を制御する。例えば、制御回路１８は無線通信回路１００を介して受信された受電装置２におけるインダクタの配置に関する情報に基づいて、アクチュエータ１９を制御することができる。また、制御回路１８は、当該情報に基づいて送電回路１３のインダクタへの電力信号の供給をＯＮ／ＯＦＦさせてもよい。すなわち、送電装置１は送電回路１３の一部のインダクタのみに電力信号を供給してもよい。 The wireless communication circuit 100 can receive data from the wireless communication circuit 25 of the power receiving device 2. The control circuit 18 controls each component of the power transmission device 1. For example, the control circuit 18 can control the actuator 19 based on the information regarding the arrangement of the inductors in the power receiving device 2 received via the wireless communication circuit 100. Further, the control circuit 18 may turn on / off the supply of the power signal to the inductor of the power transmission circuit 13 based on the information. That is, the power transmission device 1 may supply a power signal only to a part of the inductors of the power transmission circuit 13.

なお、送電装置１は、必ず無線通信回路１００を備えていなくてもよい。例えば、送電装置１は、有線によるデータ通信を行う通信回路を備えていてもよい。また、ユーザの操作によって、送電側（一次側）インダクタの物理パラメータの少なくとも一部が調整されてもよい。ユーザの操作によって、インダクタへの電力信号の供給がＯＮ／ＯＦＦさせてもよい。送電装置１は、センサによって受電装置２の構成を推定してもよい。この場合、使われるセンサの種類については特に問わない。 The power transmission device 1 does not necessarily have to include the wireless communication circuit 100. For example, the power transmission device 1 may include a communication circuit for performing wired data communication. Further, at least a part of the physical parameters of the transmission side (primary side) inductor may be adjusted by the user's operation. The supply of the power signal to the inductor may be turned ON / OFF by the operation of the user. The power transmission device 1 may estimate the configuration of the power reception device 2 by a sensor. In this case, the type of sensor used is not particularly limited.

一方、図３０の受電装置２は、図１の受電装置２の構成要素に加え、無線通信回路２５を備えている。無線通信回路２５は、受電装置２の構成に関する情報を送電装置１の無線通信回路１００に送信する。受電パッド２４の構成に関する情報の例としては、受電側（二次側）インダクタの配置、受電側（二次側）インダクタの数、受電側（二次側）インダクタのコイル軸の角度θが挙げられる。なお、受電装置２は必ず無線通信回路２５を備えていなくてもよい。 On the other hand, the power receiving device 2 of FIG. 30 includes a wireless communication circuit 25 in addition to the components of the power receiving device 2 of FIG. The wireless communication circuit 25 transmits information regarding the configuration of the power receiving device 2 to the wireless communication circuit 100 of the power transmission device 1. Examples of information regarding the configuration of the power receiving pad 24 include the arrangement of the power receiving side (secondary side) inductor, the number of power receiving side (secondary side) inductors, and the angle θ of the coil shaft of the power receiving side (secondary side) inductor. Be done. The power receiving device 2 does not necessarily have to include the wireless communication circuit 25.

次に、送電側（一次側における）インダクタの配置例について説明する。図３１は、第２の実施形態に係る送電側と受電側のそれぞれの６個のインダクタの配置例を示した平面図である。図３１では、各インダクタを底面から回動可能に支持する６つのロータリアクチュエータ１９ｒが設けられている。ここで、インダクタの底面とは、送電側（一次側）インダクタと対向する受電側（二次側）インダクタの反対側にある面のことをいう。各ロータリアクチュエータ１９ｒは対応するインダクタの中心点ｃを通るｚ軸方向の線を回転軸とした回転運動を実現する。制御回路１８は各ロータリアクチュエータ１９ｒに回転角の指定情報を含む制御信号を送信する。制御信号を受信したロータリアクチュエータ１９ｒは指定された回転角の回転運動を行う。これにより、送電側（一次側）における各インダクタのコイル軸θを所望の値に調整することが可能となる。ロータリアクチュエータ１９ｒにより、例えば、同じペアに属するインダクタのコイル軸θを等しい大きさに調整することができる。 Next, an example of arranging the inductor on the power transmission side (on the primary side) will be described. FIG. 31 is a plan view showing an arrangement example of each of the six inductors on the power transmission side and the power reception side according to the second embodiment. In FIG. 31, six rotary actuators 19r are provided to rotatably support each inductor from the bottom surface. Here, the bottom surface of the inductor refers to the surface on the opposite side of the power receiving side (secondary side) inductor facing the power transmitting side (primary side) inductor. Each rotary actuator 19r realizes a rotational motion about a line in the z-axis direction passing through the center point c of the corresponding inductor. The control circuit 18 transmits a control signal including rotation angle designation information to each rotary actuator 19r. The rotary actuator 19r that has received the control signal performs a rotational motion at a specified rotation angle. This makes it possible to adjust the coil shaft θ of each inductor on the power transmission side (primary side) to a desired value. With the rotary actuator 19r, for example, the coil shaft θ of the inductors belonging to the same pair can be adjusted to the same size.

ロータリアクチュエータ１９ｒは油圧駆動式であってもよいし、モータによって駆動されるものであってもよい。すなわち、ロータリアクチュエータ１９ｒの機構および方式については特に限定しない。図３１では、すべてのインダクタがロータリアクチュエータ１９ｒによって回動可能に支持されている。ただし、必ずすべてのインダクタがロータリアクチュエータ１９ｒによって回動可能に支持されていなくてもよい。例えば、一部のインダクタのみがロータリアクチュエータ１９ｒによって回動可能に支持されていてもよい。一部のインダクタは、少なくともいずれかのペアに属するインダクタであってもよい。 The rotary actuator 19r may be hydraulically driven or may be driven by a motor. That is, the mechanism and method of the rotary actuator 19r are not particularly limited. In FIG. 31, all inductors are rotatably supported by the rotary actuator 19r. However, not all inductors need to be rotatably supported by the rotary actuator 19r. For example, only some inductors may be rotatably supported by the rotary actuator 19r. Some inductors may be inductors that belong to at least one pair.

なお、ロータリアクチュエータ以外の手段によって、インダクタのコイル軸の角度調整を実現してもよい。例えば、図３１の少なくともいずれかのロータリアクチュエータ１９ｒの位置に回転支持機構を設け、インダクタのコイル軸の角度θを手動で調整できるようにしてもよい。すべてのインダクタのコイル軸の角度θが回転支持機構によって調整される場合、ロータリアクチュエータ１９ｒが省略されていてもよい。 The angle of the coil shaft of the inductor may be adjusted by means other than the rotary actuator. For example, a rotation support mechanism may be provided at the position of at least one of the rotary actuators 19r in FIG. 31 so that the angle θ of the coil shaft of the inductor can be manually adjusted. The rotary actuator 19r may be omitted if the angles θ of the coil shafts of all inductors are adjusted by the rotary support mechanism.

本実施形態では一次側にインダクタの物理パラメータの少なくとも一部を調整する機構が設けられた場合を例に説明しているが、二次側にインダクタの物理パラメータの少なくとも一部を調整する機構が設けられていてもよい。したがって、受電装置２が制御回路と、図３１に示した配置・構成のインダクタを備えていてもよい。 In the present embodiment, the case where a mechanism for adjusting at least a part of the physical parameters of the inductor is provided on the primary side is described as an example, but a mechanism for adjusting at least a part of the physical parameters of the inductor is provided on the secondary side. It may be provided. Therefore, the power receiving device 2 may include a control circuit and an inductor having the arrangement and configuration shown in FIG.

次に、二次側の構成の例について説明する。図３２は、電動車両に搭載された受電パッドの構成例を示している。図３２では、電動車両２００の車体底部近傍に設けられている。受電側は、６つのインダクタを備えている。このため、電動車両２００は三相交流の各相の電力信号を非接触で受電することができる。 Next, an example of the configuration on the secondary side will be described. FIG. 32 shows a configuration example of a power receiving pad mounted on an electric vehicle. In FIG. 32, it is provided near the bottom of the vehicle body of the electric vehicle 200. The power receiving side is provided with six inductors. Therefore, the electric vehicle 200 can receive the power signals of each phase of the three-phase alternating current in a non-contact manner.

ただし、一次側が６つのインダクタを備えている場合であっても、二次側は必ず６つのインダクタをすべて備えていなくてもよい。例えば、受電装置２が設置される装置や移動体（例えば、比較的小型の電動車両）において受電パッド２４を実装可能な面積／体積に制約が存在する場合がある。また、移動体に搭載可能な重量の制限のため、多くのインダクタを設置することができない場合もある。 However, even if the primary side has six inductors, the secondary side does not necessarily have to have all six inductors. For example, there may be a restriction on the area / volume in which the power receiving pad 24 can be mounted in a device or a moving body (for example, a relatively small electric vehicle) in which the power receiving device 2 is installed. In addition, it may not be possible to install many inductors due to the limitation of the weight that can be mounted on the moving body.

例えば、二次側の受電装置２は２つのインダクタを備えていてもよい。受電装置２に設けられているインダクタの数が２である場合、インダクタ間の不要結合を最小化させる条件は６つのインダクタがある場合とは異なる。以下では、２つのインダクタ間の不要結合を最小化させる条件について説明する。 For example, the power receiving device 2 on the secondary side may include two inductors. When the number of inductors provided in the power receiving device 2 is 2, the condition for minimizing unnecessary coupling between the inductors is different from the case where there are 6 inductors. The conditions for minimizing unnecessary coupling between the two inductors will be described below.

図３３は、２つのインダクタが配置された例を示した平面図である。図３３には、インダクタＬａと、インダクタＬｂが示されている。インダクタＬａ、Ｌｂは、コア１６と、コア１６の周囲に巻きつけられたコイル１７とを備えている。また、インダクタＬａ、Ｌｂは、それぞれのコイル軸が略平行となるように配置されている。インダクタＬａの中心点ｃ１から、インダクタＬｂの中心点ｃ２に向かうベクトルをｒとする。また、インダクタＬａのコイル軸がベクトルｒとの間でなす角度をΦとする。ここで、コイル軸、インダクタの中心点の定義は第１の実施形態と同様であるものとする。 FIG. 33 is a plan view showing an example in which two inductors are arranged. In FIG. 33, the inductor La and the inductor Lb are shown. The inductors La and Lb include a core 16 and a coil 17 wound around the core 16. Further, the inductors La and Lb are arranged so that their coil axes are substantially parallel to each other. Let r be a vector from the center point c1 of the inductor La to the center point c2 of the inductor Lb. Further, let Φ be the angle formed by the coil shaft of the inductor La with the vector r. Here, the definitions of the coil shaft and the center point of the inductor are the same as those in the first embodiment.

インダクタＬａ、Ｌｂ間の不要結合を最小化させる角度Φを求めるため、下記の式（７）を使った磁気双極子近似を行うことができる。ここで、ｒ＜＜（１／ｋ）の関係が成立すると仮定して計算を行う。
In order to obtain the angle Φ that minimizes the unnecessary coupling between the inductors La and Lb, a magnetic dipole approximation can be performed using the following equation (7). Here, the calculation is performed on the assumption that the relationship of r << (1 / k) is established.

上述の式（７）では、各インダクタが微小な磁気双極子であるとみなしている。具体的には、ひとつの双極子が発生させる磁界と、もう一方の双極子の磁気モーメントとの内積が求められる。式（７）の計算結果を使って、下記の図３４のグラフが得られる。 In the above equation (7), each inductor is regarded as a minute magnetic dipole. Specifically, the inner product of the magnetic field generated by one dipole and the magnetic moment of the other dipole is obtained. Using the calculation result of equation (7), the graph of FIG. 34 below can be obtained.

図３４は、２つのインダクタ間の結合係数と角度Φの関係を示したグラフである。図３４の縦軸は結合係数であり、横軸は角度Φを示している。図３４を参照すると、Φ＝略５８度のときに、インダクタ間の不要結合が最小化されている。以下ではΦ＝略５８度のときに、インダクタ間の不要結合が最小化されると仮定して説明を行う。ただし、図３４において結合係数の絶対値を０．０１以下に抑えるという基準に基づき、角度Φを略５０度〜略７０度の範囲に設定してもよい。 FIG. 34 is a graph showing the relationship between the coupling coefficient between the two inductors and the angle Φ. The vertical axis of FIG. 34 is the coupling coefficient, and the horizontal axis is the angle Φ. With reference to FIG. 34, unnecessary coupling between inductors is minimized when Φ = approximately 58 degrees. In the following description, it is assumed that unnecessary coupling between inductors is minimized when Φ = approximately 58 degrees. However, the angle Φ may be set in the range of about 50 degrees to about 70 degrees based on the criterion that the absolute value of the coupling coefficient is suppressed to 0.01 or less in FIG. 34.

図３３のインダクタＬａ、ＬｂをΦ＝略５８度になるように配置すると、不要結合が抑えられるため、一次側のインダクタに供給される電力値に関わらず、インダクタＬａ、Ｌｂの励振位相を逆相に維持しやすくなる。このため、インダクタＬａ、Ｌｂによって生成される漏れ磁束は互いに打ち消し合い、（例えば、１０ｍ離れた点における）環境中の漏えい電磁界強度を低減することができる。 When the inductors La and Lb in FIG. 33 are arranged so that Φ = approximately 58 degrees, unnecessary coupling is suppressed, so that the excitation phases of the inductors La and Lb are reversed regardless of the power value supplied to the inductor on the primary side. It becomes easier to maintain the phase. Therefore, the leakage flux generated by the inductors La and Lb cancel each other out, and the leakage electromagnetic field strength in the environment (for example, at a point separated by 10 m) can be reduced.

以下では、図３５〜図３７を参照しながら上述の条件を満たす二次側（受電装置２側）のインダクタ配置の例について説明する。図３５〜図３７は、２つのインダクタが搭載された電動車両の例を示している。なお、図３５〜図３７では、破線で一次側におけるインダクタの配置が示されている。 In the following, an example of the inductor arrangement on the secondary side (power receiving device 2 side) satisfying the above conditions will be described with reference to FIGS. 35 to 37. FIGS. 35 to 37 show an example of an electric vehicle equipped with two inductors. In addition, in FIGS. 35 to 37, the arrangement of the inductor on the primary side is shown by the broken line.

図３５の電動車両２００には、一次側の（送電パッド１５の）インダクタＬｗｕ１Ａ、Ｌｗｕ１Ｂと対向する位置に２つのインダクタ（Ｌｗｕ２Ａ、Ｌｗｕ２Ｂ）が配置されている。ここで、インダクタＬｗｕ１Ａ、Ｌｗｕ１Ｂは同じペアに属しており、結合係数がｋｃとなるインダクタである。正確な位置調整がされた場合、ｚ軸方向からみると一次側のインダクタＬｗｕ１Ａの中心点ｃと、二次側のインダクタＬｗｕ２Ａの中心点ｃが重なり合う。同様に、ｚ軸方向からみると一次側のインダクタＬｗｕ１Ｂの中心点ｃと、二次側のインダクタＬｗｕ２Ｂの中心点ｃが重なり合う。 In the electric vehicle 200 of FIG. 35, two inductors (L woo2A and L woo2B ) are arranged at positions facing the inductors L woo1A and L woo1B (of the power transmission pad 15) on the primary side. Here, the inductors L woo1A and L woo1B belong to the same pair and have a coupling coefficient of k c . If accurate position adjustment is, the center point c of the inductor L Wu1A the primary side when viewed from the z-axis direction, overlap the center point c of the secondary side of the inductor L wu2A. Similarly, the center point c of the inductor L Wu1B the primary side when viewed from the z-axis direction, overlap the center point c of the secondary side of the inductor L wu2B.

図３６の電動車両２００には、一次側の（送電パッド１５の）インダクタＬｗｕ１Ａ、Ｌｕｖ１Ａと対向する位置に２つのインダクタ（Ｌｗｕ２Ａ、Ｌｕｖ２Ａ）が配置されている。ここで、インダクタＬｗｕ１Ａ、Ｌｕｖ１Ａは異なるペアに属しており、結合係数がｋｂとなるインダクタである。正確な位置調整がされた場合、ｚ軸方向からみると一次側のインダクタＬｗｕ１Ａの中心点ｃと、二次側のインダクタＬｗｕ２Ａの中心点ｃが重なり合う。同様に、ｚ軸方向からみると一次側のインダクタＬｕｖ１Ａの中心点ｃと、二次側のインダクタＬｕｖ２Ａの中心点ｃが重なり合う。 In the electric vehicle 200 of FIG. 36, two inductors (L woo2A , L uv2A ) are arranged at positions facing the inductors L woo1A and L uv1A (of the power transmission pad 15) on the primary side. Here, the inductor L wu1A, L uv1A belongs to different pairs, an inductor coupling coefficient is k b. If accurate position adjustment is, the center point c of the inductor L Wu1A the primary side when viewed from the z-axis direction, overlap the center point c of the secondary side of the inductor L wu2A. Similarly, the center point c of the inductor L Uv1A the primary side when viewed from the z-axis direction, overlap the center point c of the secondary side of the inductor L UV2A.

図３７の電動車両２００には、一次側のインダクタＬｗｕ１Ｂ、Ｌｕｖ１Ａと対向する位置に２つのインダクタ（Ｌｗｕ２Ｂ、Ｌｕｖ２Ａ）が配置されている。ここで、インダクタＬｗｕ１Ｂ、Ｌｕｖ１Ａは異なるペアに属しており、結合係数がｋａとなるインダクタである。正確な位置調整がされた場合、ｚ軸方向からみると一次側のインダクタＬｗｕ１Ｂの中心点ｃと、二次側のインダクタＬｗｕ２Ｂの中心点ｃが重なり合う。同様に、ｚ軸方向からみると一次側のインダクタＬｕｖ１Ａの中心点ｃと、二次側のインダクタＬｕｖ２Ａの中心点ｃが重なり合う。 In the electric vehicle 200 of FIG. 37, two inductors (L woo2B , L uv2A ) are arranged at positions facing the inductors L woo1B and L uv1A on the primary side. Here, the inductor L wu1B, L uv1A belongs to different pairs, an inductor coupling coefficient is k a. If accurate position adjustment is, the center point c of the inductor L Wu1B the primary side when viewed from the z-axis direction, overlap the center point c of the secondary side of the inductor L wu2B. Similarly, the center point c of the inductor L Uv1A the primary side when viewed from the z-axis direction, overlap the center point c of the secondary side of the inductor L UV2A.

すなわち、受電装置２は、略同一平面上において略平行に配置された少なくとも２つのインダクタと、インダクタから供給される電力信号を整流する整流回路２２とを備えていてもよい。ここで、インダクタは、コア１６と、コア１６の周囲に巻かれており、（２つのインダクタが配置された）平面に略平行なコイル軸を有するコイル１７とを含む。 That is, the power receiving device 2 may include at least two inductors arranged substantially in parallel on substantially the same plane, and a rectifier circuit 22 that rectifies the power signal supplied from the inductor. Here, the inductor includes a core 16 and a coil 17 wound around the core 16 and having a coil axis substantially parallel to a plane (where the two inductors are arranged).

図３５〜図３７の構成において、二次側の各インダクタのコイル軸が、二次側のインダクタの中心点間を結ぶ線との間に対してなす角度Φを略５０度〜略７０度の範囲に設定することができる。これにより、不要結合を抑制し、効率的な非接触電力伝送を実現することができる。また、上述のように、一次側（送電装置１側）で、二次側のインダクタとの位置合わせを行うことができる。 In the configurations of FIGS. 35 to 37, the angle Φ formed by the coil shaft of each inductor on the secondary side with respect to the line connecting the center points of the inductors on the secondary side is approximately 50 degrees to approximately 70 degrees. Can be set to a range. As a result, unnecessary coupling can be suppressed and efficient non-contact power transmission can be realized. Further, as described above, the primary side (the power transmission device 1 side) can be aligned with the inductor on the secondary side.

例えば、二次側の無線通信回路２５は、二次側におけるインダクタの配置（例えば、図３５〜図３７の配置）、二次側のインダクタのコイル軸の角度Φに係る情報を一次側の無線通信回路１００に送信することができる。送電装置１の制御回路１８は、二次側から受信した情報に基づき、ロータリアクチュエータ１９ｒを制御し、二次側のインダクタと対向する（中心点ｃが重なり合う）インダクタのコイル軸の角度θを調整することができる。例えば、制御回路１８は、少なくとも２つのインダクタのコイル軸が略平行となるよう、ロータリアクチュエータ１９ｒを制御してもよい。また、制御回路１８は、少なくとも２つのインダクタにおいて、コイル軸の角度をθ＝略５０度〜略７０度の範囲に調整してもよい。 For example, the wireless communication circuit 25 on the secondary side provides information on the arrangement of inductors on the secondary side (for example, the arrangement shown in FIGS. 35 to 37) and the angle Φ of the coil shaft of the inductor on the secondary side on the primary side. It can be transmitted to the communication circuit 100. The control circuit 18 of the power transmission device 1 controls the rotary actuator 19r based on the information received from the secondary side, and adjusts the angle θ of the coil shaft of the inductor facing the inductor on the secondary side (the center point c overlaps). can do. For example, the control circuit 18 may control the rotary actuator 19r so that the coil axes of at least two inductors are substantially parallel. Further, the control circuit 18 may adjust the angle of the coil shaft in the range of θ = about 50 degrees to about 70 degrees in at least two inductors.

また、一次側の不要結合による誘起電圧のθ＝０度のときとの比が一定比率以下となるよう、コイル軸の角度θを調整してもよい。例えば、制御回路１８は、コイル軸の角度θを略５０度以下に調整してもよい。この場合、漏れ磁束軽減の観点から、同じペアに属するインダクタのコイル軸の角度は等しく調整されていることが好ましい。 Further, the angle θ of the coil shaft may be adjusted so that the ratio of the induced voltage due to the unnecessary coupling on the primary side to that when θ = 0 degree is a certain ratio or less. For example, the control circuit 18 may adjust the angle θ of the coil shaft to about 50 degrees or less. In this case, from the viewpoint of reducing the leakage flux, it is preferable that the angles of the coil shafts of the inductors belonging to the same pair are adjusted equally.

また、制御回路１８は、二次側から受信した情報に基づき、電力信号を供給するインダクタを指定してもよい。例えば、図３５の配置の場合、二次側に対向する（中心点ｃが重なり合う）インダクタのある、インダクタＬｗｕ１Ａ、Ｌｗｕ１Ｂのみに電力信号を供給してもよい。これにより、電力消費の抑制を行うことができる。すなわち、制御回路１８は少なくとも２つのインダクタに電力信号を供給し、送電パッド１５の残りのインダクタへの電力信号の供給を遮断してもよい。 Further, the control circuit 18 may specify an inductor for supplying a power signal based on the information received from the secondary side. For example, in the case of the arrangement of FIG. 35, the power signal may be supplied only to the inductors L woo1A and L woo1B having the inductors facing each other on the secondary side (the center points c overlap). As a result, power consumption can be suppressed. That is, the control circuit 18 may supply power signals to at least two inductors and cut off the supply of power signals to the remaining inductors of the power transmission pad 15.

ただし、送電装置１側で各インダクタへの電力信号の供給のＯＮ／ＯＦＦが行えない場合もある。このため、二次側にあるインダクタの数に関わらず、一次側のすべてのインダクタに電力信号を供給してもよい。 However, the power signal supply to each inductor may not be turned ON / OFF on the power transmission device 1 side. Therefore, power signals may be supplied to all the inductors on the primary side regardless of the number of inductors on the secondary side.

上述の各実施形態に係る送電装置、受電装置、非接触電力伝送システムを用いることにより、６個の送電側（一次側）インダクタ／６個の受電側（二次側）インダクタの実装面積を抑制しつつ、インダクタ間の不要な磁気結合を最小化させることができる。これにより、三次高調波、銅損および漏えい電磁界強度の抑制をはかりながら、複数のインダクタどうしの不要な磁気結合による誘起電圧の発生を低減できる非接触電力伝送を実現することができる。 By using the power transmission device, the power receiving device, and the non-contact power transmission system according to each of the above-described embodiments, the mounting area of the six power transmitting side (primary side) inductors / six power receiving side (secondary side) inductors is suppressed. At the same time, unnecessary magnetic coupling between inductors can be minimized. As a result, it is possible to realize non-contact power transmission capable of reducing the generation of induced voltage due to unnecessary magnetic coupling between a plurality of inductors while suppressing third-order harmonics, copper loss and leakage electromagnetic field strength.

１ 送電装置
２ 受電装置
１０ ＡＣ電源
１１ ＡＣ／ＤＣコンバータ
１２ インバータ
１３ 送電回路
１６ コア
１７ コイル
１８ 制御回路
１９ アクチュエータ
１９ｒ ロータリアクチュエータ
２１ 受電回路
２２ 整流回路
２３ バッテリー
２５、１００ 無線通信回路
２００ 電動車両 1 Power transmission device 2 Power receiving device 10 AC power supply 11 AC / DC converter 12 Inverter 13 Transmission circuit 16 Core 17 Coil 18 Control circuit 19 Actuator 19r Rotary actuator 21 Power receiving circuit 22 Rectifier circuit 23 Battery 25, 100 Wireless communication circuit 200 Electric vehicle

Claims (14)

略同一平面上において、中心からみて略６０度ごとに配置された６個のインダクタと、
前記インダクタに三相交流の電力信号を供給するインバータとを備え、
前記インダクタは、コアと、前記コアの周囲に巻かれており、前記平面に対して略平行なコイル軸を有するコイルとを含み、前記中心からみて略１８０度離れて配置された前記インダクタのペアにおいて、前記コイル軸が略平行となり、かつ前記コイル軸が前記中心を通らないよう、前記インダクタが配置されており、前記ペアに属する前記インダクタでは、前記コイルが逆向きに巻かれ、前記インバータの前記三相交流のうち、一相の電力信号が供給されている、
送電装置。 Six inductors arranged at approximately 60 degrees from the center on substantially the same plane,
The inductor is provided with an inverter that supplies a three-phase AC power signal.
The inductor includes a core and a coil that is wound around the core and has a coil axis that is substantially parallel to the plane, and is a pair of the inductors that are arranged at a distance of approximately 180 degrees from the center. In the inductor belonging to the pair, the inductor is arranged so that the coil shafts are substantially parallel to each other and the coil shafts do not pass through the center. In the inductor belonging to the pair, the coil is wound in the opposite direction, and the inverter Of the three-phase AC, one phase of the power signal is supplied.
Power transmission device. 前記インダクタのうち、前記コイルが巻かれている部分の前記コイル軸方向の第１中心線と、前記インダクタのうち、前記コイルが巻かれている部分の前記コイル軸方向と垂直な方向の第２中心線との交点と、前記インダクタの中心点とを結ぶ線と、前記コイル軸とがなす角度が略２２度〜略５０度になるよう、前記インダクタが配置されている、
請求項１に記載の送電装置。 The first center line in the coil axis direction of the portion of the inductor around which the coil is wound, and the second center line of the inductor in the direction perpendicular to the coil axis direction of the portion around which the coil is wound. The inductor is arranged so that the angle between the line connecting the intersection with the center line and the center point of the inductor and the coil shaft is approximately 22 degrees to approximately 50 degrees.
The power transmission device according to claim 1. 前記インダクタのうち、前記コイルが巻かれている部分の前記コイル軸方向の第１中心線と、前記インダクタのうち、前記コイルが巻かれている部分の前記コイル軸方向と垂直な方向の第２中心線との交点と、前記インダクタの中心点とを結ぶ線と、前記コイル軸とがなす角度が略３０度〜略４０度になるよう、前記インダクタが配置されている、
請求項１に記載の送電装置。 The first center line in the coil axis direction of the portion of the inductor around which the coil is wound, and the second center line of the inductor in the direction perpendicular to the coil axis direction of the portion around which the coil is wound. The inductor is arranged so that the angle between the line connecting the intersection with the center line and the center point of the inductor and the coil shaft is approximately 30 degrees to approximately 40 degrees.
The power transmission device according to claim 1. 前記インダクタのうち、前記コイルが巻かれている部分の前記コイル軸方向の第１中心線と、前記インダクタのうち、前記コイルが巻かれている部分の前記コイル軸方向と垂直な方向の第２中心線との交点と、前記インダクタの中心点とを結ぶ線と、前記コイル軸とがなす角度を調整可能なロータリアクチュエータを制御する制御回路を備え、
前記送電パッドの少なくともいずれかの前記インダクタは、前記ロータリアクチュエータによって回動可能に支持されている、
請求項１に記載の送電装置。 The first center line in the coil axis direction of the portion of the inductor around which the coil is wound, and the second center line of the inductor in the direction perpendicular to the coil axis direction of the portion around which the coil is wound. A control circuit for controlling a rotary actuator capable of adjusting the angle formed by the line connecting the intersection with the center line and the center point of the inductor and the coil shaft is provided.
At least one of the inductors of the power transmission pad is rotatably supported by the rotary actuator.
The power transmission device according to claim 1. 前記制御回路は、少なくとも２つの前記インダクタのコイル軸が略平行となるよう、前記ロータリアクチュエータを制御する、
請求項４に記載の送電装置。 The control circuit controls the rotary actuator so that the coil axes of at least two inductors are substantially parallel.
The power transmission device according to claim 4. 前記制御回路は、少なくとも２つの前記インダクタにおいて、前記インダクタのうち、前記コイルが巻かれている部分の前記コイル軸方向の第１中心線と、前記インダクタのうち、前記コイルが巻かれている部分の前記コイル軸方向と垂直な方向の第２中心線との交点と、前記インダクタの中心点とを結ぶ線と、前記コイル軸とがなす角度を略５０度〜略７０度になるよう、前記ロータリアクチュエータを制御する、
請求項５に記載の送電装置。 In at least two of the inductors, the control circuit includes a first center line in the coil axial direction of a portion of the inductor in which the coil is wound, and a portion of the inductor in which the coil is wound. The angle between the line connecting the intersection of the second center line in the direction perpendicular to the coil axis direction and the center point of the inductor and the coil shaft is approximately 50 degrees to approximately 70 degrees. Control the rotary actuator,
The power transmission device according to claim 5. 前記制御回路は、少なくとも２つの前記インダクタに電力信号を供給し、前記送電パッドの残りの前記インダクタへの電力信号の供給を遮断する、
請求項４ないし６のいずれか一項に記載の送電装置。 The control circuit supplies power signals to at least two of the inductors and cuts off the supply of power signals to the remaining inductors of the power transmission pad.
The power transmission device according to any one of claims 4 to 6. 少なくともいずれかの前記インダクタは、回転支持機構によって回動可能に支持されている、
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の送電装置。 At least one of the inductors is rotatably supported by a rotary support mechanism.
The power transmission device according to any one of claims 1 to 3. 前記中心からみて略１２０度離れて配置された前記インダクタどうしの結合係数ｋｂと、前記中心からみて略１８０度離れて配置された前記インダクタどうしの結合係数ｋｃの和が、前記中心からみて略６０度離れて配置された前記インダクタどうしの結合係数ｋａに等しくなっている、
請求項１ないし８のいずれか一項に記載の送電装置。 A coupling coefficient k b of the inductor each other which are spaced apart 120 degrees approximately as viewed from the center, the sum of the coupling coefficient k c of the inductor each other which are spaced apart approximately 180 degrees as viewed from the center, have seen from the center It is equal to the coupling coefficient k a of the inductor each other which are spaced apart substantially 60 degrees,
The power transmission device according to any one of claims 1 to 8. 略同一平面上において、中心からみて略６０度ごとに配置された６個のインダクタと、
前記インダクタから供給される電力信号を整流する整流回路とを備え、
前記インダクタは、コアと、前記コアの周囲に巻かれており、前記平面に対して略平行なコイル軸を有するコイルとを含み、前記中心からみて略１８０度離れて配置された前記インダクタのペアにおいて、前記コイル軸が略平行となり、かつ前記コイル軸が前記中心を通らないよう、前記インダクタが配置されており、前記ペアに属する前記インダクタでは、前記コイルが逆向きに巻かれている、
受電装置。 Six inductors arranged at approximately 60 degrees from the center on substantially the same plane,
A rectifier circuit that rectifies the power signal supplied from the inductor is provided.
The inductor includes a core and a coil wound around the core and having a coil axis substantially parallel to the plane, and the inductor pair arranged at a distance of approximately 180 degrees from the center. The inductor is arranged so that the coil shafts are substantially parallel to each other and the coil shafts do not pass through the center. In the inductors belonging to the pair, the coils are wound in opposite directions.
Power receiving device. 前記インダクタのうち、前記コイルが巻かれている部分の前記コイル軸方向の第１中心線と、前記インダクタのうち、前記コイルが巻かれている部分の前記コイル軸方向と垂直な方向の第２中心線との交点と、前記インダクタの中心点とを結ぶ線と、前記コイル軸とがなす角度が略２２度〜略５０度になるよう、前記インダクタが配置されている、
請求項１０に記載の受電装置。 The first center line in the coil axis direction of the portion of the inductor around which the coil is wound, and the second center line of the inductor in the direction perpendicular to the coil axis direction of the portion around which the coil is wound. The inductor is arranged so that the angle between the line connecting the intersection with the center line and the center point of the inductor and the coil shaft is approximately 22 degrees to approximately 50 degrees.
The power receiving device according to claim 10. 前記インダクタのうち、前記コイルが巻かれている部分の前記コイル軸方向の第１中心線と、前記インダクタのうち、前記コイルが巻かれている部分の前記コイル軸方向と垂直な方向の第２中心線との交点と、前記インダクタの中心点とを結ぶ線と、前記コイル軸とがなす角度が略３０度〜略４０度になるよう、前記インダクタが配置されている、
請求項１０に記載の受電装置。 The first center line in the coil axis direction of the portion of the inductor around which the coil is wound, and the second center line of the inductor in the direction perpendicular to the coil axis direction of the portion around which the coil is wound. The inductor is arranged so that the angle between the line connecting the intersection with the center line and the center point of the inductor and the coil shaft is approximately 30 degrees to approximately 40 degrees.
The power receiving device according to claim 10. 前記インダクタのうち、前記コイルが巻かれている部分の前記コイル軸方向の第１中心線と、前記インダクタのうち、前記コイルが巻かれている部分の前記コイル軸方向と垂直な方向の第２中心線との交点と、前記インダクタの中心点とを結ぶ線と、前記コイル軸とがなす角度を調整可能なロータリアクチュエータを制御する制御回路を備え、
少なくともいずれかの前記インダクタは、前記ロータリアクチュエータによって回動可能に支持されている、
請求項１０に記載の受電装置。 The first center line in the coil axis direction of the portion of the inductor around which the coil is wound, and the second center line of the inductor in the direction perpendicular to the coil axis direction of the portion around which the coil is wound. A control circuit for controlling a rotary actuator capable of adjusting the angle formed by the line connecting the intersection with the center line and the center point of the inductor and the coil shaft is provided.
At least one of the inductors is rotatably supported by the rotary actuator.
The power receiving device according to claim 10. 請求項１ないし９のいずれか一項の送電装置と、
略同一平面上において略平行に配置された少なくとも２つのインダクタと、前記インダクタから供給される電力信号を整流する整流回路とを含む受電装置とを備え、
前記受電装置の前記インダクタはコアと、前記コアの周囲に巻かれており、前記平面に略平行なコイル軸を有するコイルとを含んでいる、
非接触電力伝送システム。 The power transmission device according to any one of claims 1 to 9 and
A power receiving device including at least two inductors arranged substantially in parallel on substantially the same plane and a rectifier circuit for rectifying a power signal supplied from the inductor.
The inductor of the power receiving device includes a core and a coil wound around the core and having a coil shaft substantially parallel to the plane.
Non-contact power transfer system.
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