JP6216966B2

JP6216966B2 - 電力伝送システム

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Publication number: JP6216966B2
Application number: JP2013071922A
Authority: JP
Inventors: 山川　博幸; 博幸山川; 佐藤　健一郎; 健一郎佐藤
Original assignee: Equos Research Co Ltd
Current assignee: Equos Research Co Ltd
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2017-10-25
Anticipated expiration: 2033-03-29
Also published as: JP2014197587A

Description

本発明は、磁気共鳴方式によってワイヤレスで電力の送受を行う電力伝送システムに関する。

近年、電源コードなどを用いることなく、ワイヤレスで電力（電気エネルギー）を伝送する技術の開発が盛んとなっている。ワイヤレスで電力を伝送する方式の中でも、特に注目されている技術として、磁気共鳴方式と呼ばれるものがある。この磁気共鳴方式は２００７年にマサチューセッツ工科大学の研究グループが提案したものであり、これに関連する技術は、例えば、特許文献１（特表２００９−５０１５１０号公報）に開示されている。

磁気共鳴方式のワイヤレス電力伝送システムは、送電側アンテナの共振周波数と、受電側アンテナの共振周波数とを同一とすることで、送電側アンテナから受電側アンテナに対し、効率的にエネルギー伝達を行うものであり、電力伝送距離を数十ｃｍ〜数ｍとすることが可能であることが大きな特徴の一つである。

上記のような磁気共鳴方式のワイヤレス電力伝送システムを、電気自動車などの車両の給電ステーションで用いるような場合には、受電側アンテナを車両の底部に搭載しておき、この受電側アンテナに対して、地上に設けられた送電側アンテナから給電を行う方法が考えられる。

例えば、特許文献２（特開２０１０−６８６５７号公報）には、一方のアンテナを電気自動車のような移動体の底面部に搭載し、地上に設けた他方のアンテナから、ワイヤレスで電力伝送を行い、伝送された電力を電気自動車の電池に充電することが開示されている。
特表２００９−５０１５１０号公報特開２０１０−６８６５７号公報

発明者らは、上記のような車両用の電力伝送システムを構成する上で、送電アンテナとして１次共振器コイルを含む１次共振器を用い、受電アンテナとして２次共振器コイルを含む２次共振器を用いると共に、電力伝送効率向上のため、１次共振器コイルのインダクタンスを、２次共振器コイルのインダクタンスより大きく設定している。１次側・２次側とで、上記のようなインダクタンスの関係を有するために、１次共振器コイルの形状は、２次共振器コイルのそれより、大きくなる。

図１３は従来の１次共振器コイル及び２次共振器コイルを説明する図である。１次共振器を構成する１次共振器コイルは１次共振器ケースに収納され、地面上に配される。また、２次共振器を構成する２次共振器コイルは２次共振器ケースに収納され、車両の底面部に取り付けられている。

上記のような１次共振器コイル及び２次共振器コイルを対向させ、電力伝送を実行するが、図１４はその際の、１次共振器コイル及び２次共振器コイルの対向パターンを説明する図である。図１４は車両などの他の構成を透過的にし、かつ、１次共振器コイル及び２次共振器コイルを鉛直上方からみた平面図である。

図１４（Ａ）は、最大の電力伝送を行い得る状態で、１次共振器コイル及び２次共振器コイルが対向している場合を示しており、図１４（Ｂ）は、１次共振器コイル及び２次共振器コイルが、図１４（Ａ）の状態からずれて、対向している場合を示している。

従来、図１４（Ｂ）に示すような両コイルの対向状態が、理想的な状態より若干ずれた状態でも電力伝送を行うことは可能であったが、１次共振器コイルと２次共振器コイルの間の結合係数が大幅に低下してしまい、電力伝送効率の大幅な低下を引き起こしてしまう、という問題があった。

上記問題を解決するために、本発明に係る電力伝送システムは、地上に設置されて導体線が巻回された１次共振器コイルを含む１次共振器と、前記１次共振器と対向配置され、導体線が巻回された２次共振器コイルを含み、前記１次共振器から電磁場を介して電気エネルギーを受電する２次共振器と、を有し、前記１次共振器コイルの内周側に幅が広がる拡幅部を有し、前記１次共振器コイルは、略矩形の外周を有し、前記１次共振器コイルの最内周と最外周との間の間隔を幅とすると、前記拡幅部は第１の幅を有し、前記拡幅部以外の部位は前記第１の幅より狭い第２の幅を有し、前記拡幅部は前記略矩形の長辺の一部に設けられ、前記拡幅部における巻き密度が、前記拡幅部以外の部位の巻き密度より、疎であることを特徴とする。

また、本発明に係る電力伝送システムは、平板部をなす基部と、前記基部から放射状に延出すると共に、前記１次共振器コイルの形状を維持する造形用突片とからなる基材を有しており、前記拡幅部では、１つの前記造形用突片毎に前記導体線が係止される面が変わると共に、前記拡幅部以外の部位では、連続した２つの前記造形用突片で前記導体線が係止される面が変わることを特徴とする。

また、本発明に係る電力伝送システムは、前記１次共振器コイルを周回すると、巻き密度が異なる部位が混在することを特徴とする。

本発明に係る電力伝送システムでは、前記１次共振器コイルは、略矩形の外周を有すると共に、
前記１次共振器コイルの内周側に幅が広がる拡幅部を有するので、
本発明に係る電力伝送システムによれば、
１次共振器コイルと２次共振器コイルの対向状態が、理想的な状態より若干ずれた状態でも、１次共振器コイルと２次共振器コイルの間の結合係数が大幅に低下してしまうことがなく、両コイルのずれによる電力伝送効率の大幅な低下を防ぐことが可能となる。

本発明の実施形態に係る電力伝送システムのブロック図である。電力伝送システムのインバーター部を示す図である。本発明の実施形態に係る電力伝送システム１００の等価回路を示す図である。本発明の実施形態に係る電力伝送システムにおける１次共振器及び２次共振器の設置形態を説明する図である。本発明の実施形態に係る電力伝送システムにおける１次共振器コイル及び２次共振器コイルを説明する図である。１次共振器コイル及び２次共振器コイルの構成例を説明する図である。１次共振器コイルを造形するために利用される基材を示す図である。１次共振器コイルの導体線の巻回パターンを説明する図である。巻回パターンの相違による巻き密度の相違を説明する図である。本発明の実施形態に係る電力伝送システムにおける１次共振器コイル１６０を模式的に示す図である。地上に配置される１次共振器コイルと車載２次共振器コイルのレイアウト例を説明する図である。１次共振器コイル及び２次共振器コイルの対向パターンを説明する図である。従来の１次共振器コイル及び２次共振器コイルを説明する図である。電力伝送時の１次共振器コイル及び２次共振器コイルの対向パターンを説明する図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の実施形態に係る電力伝送システムのブロック図である。なお、本実施形態においては、電力伝送システムを構成する送電側のアンテナとして１次共振器１５０を、また、受電側のアンテナとして２次共振器２５０を用いる例につき説明する。

本発明のアンテナが用いられる電力伝送システムとしては、例えば、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）などの車両への充電のためのシステムが想定されている。電力伝送システムは、上記のような車両に対して電力を非接触で伝送するため、当該車両を停車させることが可能な停車スペースに設けられる。車両のユーザーはこの電力伝送システムが設けられている停車スペースに車両を停車させて、車両に搭載されている２次共振器２５０と、前記１次共振器１５０とを対向させることによって電力伝送システムからの電力を受電する。

電力伝送システムでは、電力伝送システム１００側の１次共振器１５０から、受電側システム２００側の２次共振器２５０へ効率的に電力を伝送する際、１次共振器１５０の共振周波数と、２次共振器２５０の共振周波数とを同一とすることで、送電側アンテナから受電側アンテナに対し、効率的にエネルギー伝達を行うようにする。

電力伝送システム１００におけるＡＣ／ＤＣ変換部１０１は、入力される商用電源を一定の直流に変換するコンバータである。このＡＣ／ＤＣ変換部１０１からの出力は電圧制御部１０２において、所定の電圧に昇圧されたりする。この電圧制御部１０２で生成される電圧の設定は主制御部１１０から制御可能となっている。

インバーター部１０３は、電圧制御部１０２から供給される電圧から所定の交流電圧を生成して、整合器１０４に入力する。図２は電力伝送システムのインバーター部を示す図である。インバーター部１０３は、例えば図２に示すように、フルブリッジ方式で接続されたＱ_A乃至Ｑ_Dからなる４つの電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）によって構成されている。

本実施形態においては、直列接続されたスイッチング素子Ｑ_Aとスイッチング素子Ｑ_Bの間の接続部Ｔ１と、直列接続されたスイッチング素子Ｑ_Cとスイッチング素子Ｑ_Dとの間の接続部Ｔ２との間に整合器１０４が接続される構成となっており、スイッチング素子Ｑ_A
とスイッチング素子Ｑ_Dがオンのとき、スイッチング素子Ｑ_Bとスイッチング素子Ｑ_Cがオ
フとされ、スイッチング素子Ｑ_Bとスイッチング素子Ｑ_Cがオンのとき、スイッチング素子
Ｑ_Aとスイッチング素子Ｑ_Dがオフとされることで、接続部Ｔ１と接続部Ｔ２との間に矩形波の交流電圧を発生させる。なお、本実施形態においては、各スイッチング素子のスイッチングによって生成される矩形波の周波数の範囲は２０ｋＨｚ〜数１０００ｋＨｚ程度である。

上記のようなインバーター部１０３を構成するスイッチング素子Ｑ_A乃至Ｑ_Dに対する駆動信号は主制御部１１０から入力されるようになっている。また、インバーター部１０３を駆動させるための周波数は主制御部１１０から制御することができるようになっている。

整合器１０４は、所定の回路定数を有する受動素子から構成され、インバーター部１０３からの出力が入力される。そして、整合器１０４からの出力は１次共振器１５０に供給される。整合器１０４を構成する受動素子の回路定数は、主制御部１１０からの指令に基づいて調整することができるようになっている。主制御部１１０は、１次共振器１５０と２次共振器２５０とが共振するように整合器１０４に対する指令を行う。なお、整合器１０４は必須の構成ではない。

１次共振器１５０は、誘導性リアクタンス成分を有する１次共振器コイル１６０と、容量性リアクタンス成分を有する１次共振器キャパシタ１７０とから構成されており、対向するようにして配置される車両搭載の２次共振器２５０と共鳴することで、１次共振器１５０から出力される電気エネルギーを２次共振器２５０に送ることができるようになっている。１次共振器１５０・２次共振器２５０は、電力伝送システム１００における磁気共鳴アンテナ部として機能する。

電力伝送システム１００の主制御部１１０はＣＰＵとＣＰＵ上で動作するプログラムを保持するＲＯＭとＣＰＵのワークエリアであるＲＡＭなどからなる汎用の情報処理部である。この主制御部１１０は、図示されている主制御部１１０と接続される各構成と協働するように動作する。

また、通信部１２０は車両側の通信部２２０と無線通信を行い、車両との間でデータの送受を可能にする構成である。通信部１２０によって受信したデータは主制御部１１０に転送され、また、主制御部１１０は所定情報を通信部１２０を介して車両側に送信することができるようになっている。

次に、車両側に設けられている構成について説明する。車両の受電側のシステムにおいて、２次共振器２５０は、１次共振器１５０と共鳴することによって、１次共振器１５０から出力される電気エネルギーを受電するものである。このような２次共振器２５０は、車両の底面部に取り付けられるようになっている。

２次共振器２５０は、誘導性リアクタンス成分を有する２次共振器コイル２６０と、容量性リアクタンス成分を有する２次共振器キャパシタ２７０とから構成されている。

２次共振器２５０で受電された交流電力は、整流部２０２において整流され、整流された電力は充電制御部２０３を通して電池２０４に蓄電されるようになっている。充電制御部２０３は主制御部２１０からの指令に基づいて電池２０４の蓄電を制御する。より具体的には、整流部２０２からの出力は充電制御部２０３において、所定の電圧値に昇圧又は降圧されて、電池２０４に蓄電されるようになっている。また、充電制御部２０３は電池２０４の残量管理なども行い得るように構成される。

主制御部２１０はＣＰＵとＣＰＵ上で動作するプログラムを保持するＲＯＭとＣＰＵの
ワークエリアであるＲＡＭなどからなる汎用の情報処理部である。この主制御部２１０は、図示されている主制御部２１０と接続される各構成と協働するように動作する。

インターフェイス部２１５は、車両の運転席部に設けられ、ユーザー（運転者）に対し所定の情報などを提供したり、或いは、ユーザーからの操作・入力を受け付けたりするものであり、表示装置、ボタン類、タッチパネル、スピーカーなどで構成されるものである。ユーザーによる所定の操作が実行されると、インターフェイス部２１５から操作データとして主制御部２１０に送られ処理される。また、ユーザーに所定の情報を提供する際には、主制御部２１０からインターフェイス部２１５に対して、所定情報を表示するための表示指示データが送信される。

また、車両側の通信部２２０は送電側の通信部１２０と無線通信を行い、送電側のシステムとの間でデータの送受を可能にする構成である。通信部２２０によって受信したデータは主制御部２１０に転送され、また、主制御部２１０は所定情報を通信部２２０を介して送電システム側に送信することができるようになっている。

電力伝送システムで、電力を受電しようとするユーザーは、上記のような送電側のシステムが設けられている停車スペースに車両を停車させ、インターフェイス部２１５から充電を実行する旨の入力を行う。これを受けた主制御部２１０は、充電制御部２０３からの電池２０４の残量を取得し、電池２０４の充電に必要な電力量を算出する。算出された電力量と送電を依頼する旨の情報は、車両側の通信部２２０から送電側のシステムの通信部１２０に送信される。これを受信した送電側システムの主制御部１１０は電圧制御部１０２、インバーター部１０３、整合器１０４を制御することで、車両側に電力を伝送するようになっている。

次ぎに、以上のように構成される１次共振器１５０・２次共振器２５０それぞれの回路定数（インダクタンス成分、キャパシタンス成分）について説明する。図３は本発明の実施形態に係る電力伝送システム１００の等価回路を示す図である。

本発明に係る電力伝送システム１００においては、１次共振器１５０の回路定数（インダクタンス成分、キャパシタンス成分）と、２次共振器２５０の回路定数とは、あえて異なるように構成することで、伝送効率を向上させるようにしている。

図３に示す等価回路において、１次共振器１５０のインダクタンス成分がＬ₁、キャパ
シタンス成分がＣ₁、抵抗成分がＲt₁であり、２次共振器２５０のインダクタンス成分が
Ｌ₂、キャパシタンス成分がＣ₂、抵抗成分がＲt₂であり、１次共振器１５０と２次共振器２５０との間の相互インダクタンスがＭであることを示している。なお、抵抗成分Ｒt₁及び抵抗成分Ｒt₂は導線などの内部抵抗であり、意図的に設けられているものではない。また、Ｒは電池２０４の内部抵抗を示している。また、１次共振器１５０と２次共振器２５０との間の結合係数はＫによって示される。

また、本実施形態においては、１次共振器１５０は、インダクタンス成分Ｌ₁、キャパ
シタンス成分Ｃ₁である直列共振器を、また、２次共振器２５０は、インダクタンス成分
Ｌ₂、キャパシタンス成分Ｃ₂である直列共振器を構成するものと考える。

まず、磁気共鳴方式の電力伝送では、電力伝送システム１００側の１次共振器１５０から、受電側システム２００側の２次共振器２５０へ効率的に電力を伝送する際、１次共振器１５０の共振周波数と、２次共振器２５０の共振周波数とを同一とすることで、送電側アンテナ（１次共振器１５０）から受電側アンテナ（２次共振器２５０）に対し、効率的にエネルギー伝達を行うようにしている。このための条件は、下式（１）によって表すこ
とができる。

これを、インダクタンス成分がＬ₁、キャパシタンス成分がＣ₁、インダクタンス成分がＬ₂、キャパシタンス成分がＣ₂のみの関係で示すと、下式（２）に要約することができる。

また、１次共振器１５０のインピーダンスは下式（３）により、また、２次共振器２５０のインピーダンスは下式（４）により、表すことができる。なお、本明細書においては、下式（３）及び下式（４）によって定義される値をそれぞれの共振器のインピーダンスとして定義する。

磁気共鳴方式の電力伝送システム１００の受電側システムにおいて、電池２０４が定電圧充電モードに移行すると、電池２０４の電圧が一定なので、充電電力によって入力インピーダンスが変化する。電池２０４への充電電力が大きければ入力インピーダンスは低く、充電電力が小さければ入力インピーダンスは高くなる。受電側における２次共振器２５０は、効率の面から、電池２０４の充電電力に応じた入力インピーダンスに近いインピーダンスに設定することが望ましい。

一方、送電側における電源から見た１次共振器１５０への入力インピーダンスは、効率の面から高ければ高いほどよい。これは電源の内部抵抗分により電流の２乗比例でロスが発生するためである。

以上のことから、（３）式で示される１次共振器１５０のインピーダンスと、（４）式で示される２次共振器２５０のインピーダンスとの間には、下式（５）の関係が満たされることが望ましい。

これを、インダクタンス成分がＬ₁、キャパシタンス成分がＣ₁、インダクタンス成分がＬ₂、キャパシタンス成分がＣ₂のみの関係で示すと、下式（６）に要約することができる。

本発明に係る電力伝送システム１００においては、１次共振器１５０の回路定数と、２次共振器２５０の回路定数とが上記の式（２）及び式（６）を満たすようにされているために、受電側システムで電池２０４の充電を行う場合に、効率的な電力伝送を行うことが可能となる。

さらに電池２０４の内部インピーダンスとの関係についても言及する。受電側システムにおいて、電池２０４に対して効率的に充電が行える条件として、２次共振器２５０のインピーダンスと、電池２０４のインピーダンスとが整合していることを挙げることができる。

すなわち、本実施形態では、式（２）及び式（６）の条件に加えて、さらに、式（４）の２次共振器２５０のインピーダンスと電池２０４のインピーダンスRとの間に、

の関係を持たせることで、受電側システムで電池２０４の充電を行う場合、システム全体として、効率的な電力伝送を行うことを可能としている。

次に、以上のように構成される電力伝送システム１００における１次共振器コイル１６０についてより詳しく説明する。

これまで説明したように、本実施形態に係る電力伝送システム１００では、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）などの車両搭載電池への充電を行うために用いられる。図４は本発明の実施形態に係る電力伝送システムにおける１次共振器１５０及び２次共振器２５０の設置形態を説明する図である。

図４に示すように、１次共振器１５０を構成する１次共振器コイル１６０及び１次共振器キャパシタ１７０は１次共振器ケース１４０に収納され、地面上に配される。一方、２次共振器２５０を構成する２次共振器コイル２６０及び２次共振器キャパシタ２７０は２次共振器ケース２４０に収納され、車両の底面部に取り付けられている。

図５は本発明の実施形態に係る電力伝送システムにおける１次共振器コイル１６０及び２次共振器コイル２６０を説明する図である。

図５は１次共振器１５０が収納される１次共振器ケース１４０、及び、２次共振器２５０が収納される２次共振器ケース２４０を抜き出して示す図である。なお、本図においては、１次共振器１５０の１次共振器コイル１６０のみを示し、１次共振器キャパシタ１７０は図示省略している。同様に、２次共振器２５０の２次共振器コイル２６０のみを示し、２次共振器キャパシタ２７０は図示省略している。

さらに、１次共振器ケース１４０、２次共振器ケース２４０内の、１次共振器コイル１６０、２次共振器コイル２６０をそれぞれ抜き出して示した図が図６である。

１次共振器コイル１６０、及び、２次共振器コイル２６０は、基材に、導体線が巻きかけられることで構成されている。巻きかけられた導体線は、全体として、斜線部のような専有面積を有するコイルとなる。

図７は１次共振器コイル１６０を造形するために利用される基材３００を示す図である。

基材３００は、第１面３０１と、これと表裏の関係にある第２面３０２とを有する基板状の部材であり、例えばポリカーボネートやポリプロピレンなどの誘電正接が小さい材料を用いて構成することが好ましい。

この基材３００は、略矩形状の平板部をなす基部３１０と、この基部３１０から放射状に延出する複数の第１種コイル造形用突片３２１、第２種コイル造形用突片３２２とから構成されている。

ここで、第１種コイル造形用突片３２１は、前記基部３１０の長辺側に設けられる切り込み部３１５から延出するような構成となっている。上記のような切り込み部３１５が設けられているため、第１種コイル造形用突片３２１は、第２種コイル造形用突片３２２より、略矩形状の基部３１０から長さｄ内方側から延出するようになっている。本実施形態では、この第２種コイル造形用突片３２２で、後述する拡幅部３４０を形成するようにしている。

第１種コイル造形用突片３２１、第２種コイル造形用突片３２２は、第１面３０１又は第２面３０２のいずれか一方側に導体線４００が通され、導体線４００を係止するために利用される。これにより、導体線４００で１次共振器コイル１６０の形状が維持される。

ただし、第１種コイル造形用突片３２１では、１つの第１種コイル造形用突片３２１毎に導体線４００が係止される面が変わるのに対して、第２種コイル造形用突片３２２では、基本的には、連続した２つの第２種コイル造形用突片３２２で導体線４００が係止される面が変わるようになっている。

次に、以上のような基材３００で造形する際の導体線４００の巻回パターンの１例について図８を参照して説明する。図８は１次共振器コイル１６０の導体線４００の巻回パターンを説明する図である。なお、導体線４００としては、複数の導体素線を集合させた撚り線を用いることが好ましい。

図８において、矢印はコイルを巻回する際の順序を示している。図８において、例えば、導体線４００をＸから巻き始め、反時計回りに各コイル造形用突片３２２に導体線４０
０を係止させつつ、１次共振器コイル１６０を巻回していく場合について説明する。

Ｘから巻き始め、図中（ａ）に示す第２種コイル造形用突片３２２に導体線４００を係止することにより、導体線４００を巻回し始めたとすると、まず、（ａ）に示す２つの第２種コイル造形用突片３２２にかけては、第２種コイル造形用突片３２２の第１面３０１側において、導体線４００を係止させる。

続いて、（ｂ）に示す２つの第２種コイル造形用突片３２２にかけては、第２種コイル造形用突片３２２の第２面３０２側において、導体線４００を係止させる。

逆に、（ｃ）に示す２つの第２種コイル造形用突片３２２にかけては、第２種コイル造形用突片３２２の第１面３０１側において、導体線４００を係止させる。

続いて、（ｄ）に示す２つの第２種コイル造形用突片３２２にかけては、第２種コイル造形用突片３２２の第２面３０２側において、導体線４００を係止させる。

次の、（ｅ）では、１つのみの第２種コイル造形用突片３２２に対して、第２種コイル造形用突片３２２の第１面３０１側において、導体線４００を係止させる。

コイルを巻回していく上で、第１種コイル造形用突片３２１に進む直前の第２種コイル造形用突片３２２に対しては、連続した２つの第２種コイル造形用突片３２２で導体線４００を係止させるのではなく、１つの第２種コイル造形用突片３２２のみに導体線４００を係止させる。

続く、（ｆ）では、１つの第１種コイル造形用突片３２１に対して、第１種コイル造形用突片３２１の第２面３０２側において、導体線４００を係止させる。

続く、（ｇ）では、１つの第１種コイル造形用突片３２１に対して、第１種コイル造形用突片３２１の第１面３０１側において、導体線４００を係止させる。

次は、再び、第２種コイル造形用突片３２２に導体線４００を係止させるので、２つの第２種コイル造形用突片３２２毎に、導体線４００を係止する面を代えていく。すなわち、続く、（ｈ）に示す２つの第２種コイル造形用突片３２２にかけては、第２種コイル造形用突片３２２の第２面３０２側において、導体線４００を係止させる。

以下、同様のパターンで、第１種コイル造形用突片３２１及び第２種コイル造形用突片３２２に導体線４００を巻きかけていき、１次共振器コイル１６０を構成する。

次に、以上のような巻回パターンで、導体線４００を基材３００に巻きかけていくメリットを説明する。

図９は巻回パターンの相違による巻き密度の相違を説明する図である。図において、斜線がけされた矩形部は、コイル造形用突片を側方から見たものである。また、コイル造形用突片の上方が第１面側で、下方が第２面側である。また、図において、点線で囲まれた部分は、ｎ周目に巻かれた導体線４００と、（ｎ＋１）周目に巻かれた導体線４００とが交差する導体線の交差箇所を示している。

図９（Ａ）は１つのコイル造形用突片毎に導体線４００が係止される面が変わる場合を示している。この場合、上記交差箇所は、全てのコイル造形用突片の間となることがわかる。

図９（Ｂ）は連続した２つのコイル造形用突片毎に導体線４００が係止される面が変わる場合を示している。この場合、上記交差箇所は、１つおきのコイル造形用突片間となることがわかる。

以上から、図９（Ａ）に示す巻回パターンを採用した場合に比べて、図９（Ｂ）に示す巻回パターンを採用した場合には、巻き密度が密となる。

なお、本明細書では、同じスペースで導体線４００がより密となる巻回パターンであればなるほど、巻き密度が高いコイルであるものとして定義する。また、「巻き密度」は、単位面積当たりの巻き数に比例する。

図１０は、図８で説明した巻回パターンによって巻回した、本実施形態に係る１次共振器コイル１６０を模式的に示す図である。

本実施形態に係る１次共振器コイル１６０では、基材３００の切り込み部３１５が設けられ、第１種コイル造形用突片３２１が延出するところは、上記のように図９（Ａ）の巻回パターンが採用されているので、同じ回数導体線４００を巻回するにしても、図９（Ｂ）の巻回パターンより多くのスペースが必要となり、１次共振器コイル１６０の内周側に幅が広がる拡幅部３４０が形成されるようになる。すなわち、１次共振器コイル１６０における拡幅部３４０では第１の幅Ｗ₁を有し、拡幅部３４０以外の部位は前記第１の幅Ｗ₁より狭い第２の幅Ｗ₂を有するものとなる。

また、本実施形態に係る１次共振器コイル１６０では、拡幅部３４０における巻き密度が、拡幅部３４０以外の部位の巻き密度より、疎であることが特徴となる。したがって、本実施形態では、図１０に示すように、１次共振器コイル１６０を周回すると、巻き密度が密となる部位と、巻き密度が疎となる部位とが交互に存在することとなり、１次共振器コイル１６０では巻き密度が密となる部位と、巻き密度が疎となる部位とが混在するものである。

次に、以上のような１次共振器コイル１６０を電力伝送システム１００で用いるメリットについて説明する。

図１１は地上に配置される１次共振器コイル１６０と車載２次共振器コイル２６０のレイアウト例を説明する図である。図１１は、車両を１次共振器１５０が設置されている停車スペースに停車させて、車両搭載の２次共振器２５０と、１次共振器１５０とを対向させることによって電力伝送システム１００で電力伝送を行う際の各コイルのレイアウトを示す図であり、車両などの他の構成を透過的に鉛直上方からみたものを示している。

また、図１２は１次共振器コイル１６０及び２次共振器コイル２６０の対向パターンを説明する図である。

図１１及び図１２（Ａ）は、最も伝送効率が高い理想的な状態で１次共振器コイル及び２次共振器コイルが対向している場合を示している。これに対して、図１２（Ｂ）は、１次共振器コイル１６０及び２次共振器コイル２６０が、図１２（Ａ）の状態からずれて、対向している場合を示している。

本発明に係る電力伝送システム１００においては、図１２（Ｂ）に示すような両コイルの対向状態が、理想的な状態より若干ずれた状態でも、１次共振器コイル１６０には拡幅部３４０が設けられているため、１次共振器コイル１６０と２次共振器コイル２６０とが
、垂直方向から見て重なっている面積が従来例に比して多くなり、１次共振器コイル１６０と２次共振器コイル２６０の間の結合係数が大幅に低下してしまうことがない。このため、図１２（Ｂ）に示すような両コイルの対向パターンでも、電力伝送効率の大幅な低下を引き起こしてしまうことがない。

１００・・・電力伝送システム
１０１・・・ＡＣ／ＤＣ変換部
１０２・・・電圧制御部
１０３・・・インバーター部
１０４・・・整合器
１１０・・・主制御部
１２０・・・通信部
１４０・・・１次共振器ケース
１５０・・・１次共振器
１６０・・・１次共振器コイル
１７０・・・１次共振器キャパシタ
２０１・・・２次共振器
２０２・・・整流部
２０３・・・充電制御部
２０４・・・電池
２１０・・・主制御部
２１５・・・インターフェイス部
２２０・・・通信部
２４０・・・２次共振器ケース
２５０・・・２次共振器
２６０・・・２次共振器コイル
２７０・・・２次共振器キャパシタ
３００・・・基材
３０１・・・第１面
３０２・・・第２面
３１０・・・基部
３１５・・・切り込み部
３２１・・・第１種コイル造形用突片
３２２・・・第２種コイル造形用突片
３４０・・・拡幅部
４００・・・導体線

Claims

地上に設置されて導体線が巻回された１次共振器コイルを含む１次共振器と、
前記１次共振器と対向配置され、導体線が巻回された２次共振器コイルを含み、前記１次共振器から電磁場を介して電気エネルギーを受電する２次共振器と、を有し、
前記１次共振器コイルの内周側に幅が広がる拡幅部を有し、
前記１次共振器コイルは、略矩形の外周を有し、
前記１次共振器コイルの最内周と最外周との間の間隔を幅とすると、前記拡幅部は第１の幅を有し、前記拡幅部以外の部位は前記第１の幅より狭い第２の幅を有し、
前記拡幅部は前記略矩形の長辺の一部に設けられ、
前記拡幅部における巻き密度が、前記拡幅部以外の部位の巻き密度より、疎であることを特徴とする電力伝送システム。
平板部をなす基部と、前記基部から放射状に延出すると共に、前記１次共振器コイルの形状を維持する造形用突片とからなる基材を有しており、
前記拡幅部では、１つの前記造形用突片毎に前記導体線が係止される面が変わると共に、
前記拡幅部以外の部位では、連続した２つの前記造形用突片で前記導体線が係止される面が変わることを特徴とする請求項１に記載の電力伝送システム。
前記１次共振器コイルを周回すると、巻き密度が異なる部位が混在することを特徴とする又は請求項２に記載の電力伝送システム。