JP6405984B2

JP6405984B2 - 検出コイル、給電コイル、及び、受電コイル

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Publication number: JP6405984B2
Application number: JP2014257184A
Authority: JP
Inventors: 恒啓佐圓
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2014-12-19
Filing date: 2014-12-19
Publication date: 2018-10-17
Anticipated expiration: 2034-12-19
Also published as: JP2016119755A

Description

本発明は、検出コイル、給電コイル、及び、受電コイルに関するものである。

磁界共鳴方式を用いた非接触給電システムでは、共鳴現象という原理を利用して、電磁誘導方式よりも給電側と受電側との機器間の距離を離して非接触電力伝送することができるという利点がある。

この非接触給電システムでは、電力伝送のために給電コイルと受電コイルの間に磁束を発生させている。その給電コイルと受電コイルとの間に金属、磁性体、磁石などの異物が混入すると発生する磁束によって発熱してしまう虞がある。そのため、非接触給電システムでは異物を検出する技術の要求が高まってきている。

このような要求に対して、特許文献１では、給電コイルと受電コイルとの間に、複数の検出コイルを配置し、この検出コイルのインダクタンスの変化を検出することによって異物を検出することが開示されている。

特開２０１３−１９２３９０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、検出コイルを複数配置する際に、隣接する検出コイル同士を単純に重ね合わせているだけである。異物の検出精度を向上するため、検出コイルのインダクタンスを上げることが考えられるが、インダクタンスを上げるためにコイルを多層構造とした場合、従来のように隣接する検出コイル同士を単純に重ね合わせてしまうと、隣接する検出コイル同士において、異物検出領域からの距離に差が生じてしまい検出精度にバラツキが発生し、全体として異物の検出精度が低下してしまうという問題がある。

同様にして、非接触給電システムの給電コイルにおいて、給電範囲を広げるために給電コイルを複数配置することが考えられる。その際、給電効率を向上するために給電コイルを多層にすることが考えられるが、同様に、隣接する給電コイルを単純に重ね合わせてしまうと、隣接する給電コイル同士に置いて、受電コイルとの距離に差が生じてしまい、かえって給電効率が低下してしまうおそれがある。受電コイルについても、同様である。

本発明は以上の点を考慮してなされたものであり、非接触給電システムにおいて給電コイルと受電コイルとの間に存在する異物を精度良く検出することができる検出コイル及び給電効率を向上することができる給電コイル並びに受電コイルを提供することを目的とする。

本発明に係る検出コイルは、非接触給電システムの給電コイルと受電コイルとの間にある異物を検出するための検出コイルであって、面内方向に隣接して配置された複数のコイルを備え、複数のコイルはそれぞれコイル導体が多層に形成され、隣接する複数のコイルのうち一方のコイルのコイル導体の層間に他方のコイルのコイル導体の一部が位置するように配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、面内方向に隣接して配置された複数のコイルを備え、複数のコイルはそれぞれコイル導体が多層に形成され、隣接する複数のコイルのうち一方のコイルのコイル導体の層間に他方のコイルのコイル導体の一部が位置するように配置されている。そのため、一方のコイルの異物検出領域表面に対する距離と、他方のコイルの異物検出領域表面に対する距離の差を縮めることができる。その結果、検出コイルを構成する複数のコイルの検出精度のバラツキが抑制されて、異物を精度良く検出することができる。

好ましくは、複数のコイルは、面内方向と直交する方向に、一方のコイルのコイル導体と他方のコイルのコイル導体が交互に位置するとよい。この場合、異物検出領域表面から、一方のコイルの導体の距離と、他方のコイルの導体の距離の差を一層縮めることができる。そのため、検出コイルを構成する複数のコイルの検出精度のバラツキがさらに抑制されて、異物をより精度良く検出することができる。

より好ましくは、複数のコイルは、それぞれコイルの中心に開口部を有し、他方のコイルのコイル導体の一部は、面内方向と直交する方向から見て、一方のコイルのコイル導体の外周縁と内周縁の間に位置するとよい。この場合、他方のコイルのコイル導体の一部が一方のコイルのコイル導体の外周縁より内側に位置することで検出コイルを構成する複数のコイルにおけるコイル導体の占有面積が狭くなる。そのため、異物の検出不能領域が減少し、異物をより一層精度良く検出することができる。また、他方のコイルのコイル導体の一部が一方のコイルのコイル導体の内周縁より外側に位置することで検出コイル同士の干渉が抑制される。そのため、異物の検出精度の低下を抑制することができる。

本発明に係る給電コイルは、非接触給電システムの給電コイルであって、面内方向に隣接して配置された複数のコイルを備え、複数のコイルはそれぞれコイル導体が多層に形成され、隣接する複数のコイルのうち一方のコイルのコイル導体の層間に他方のコイルのコイル導体の一部が位置するように配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、面内方向に隣接して配置された複数のコイルを備え、複数のコイルはそれぞれコイル導体が多層に形成され、隣接する複数のコイルのうち一方のコイルのコイル導体の層間に他方のコイルのコイル導体の一部が位置するように配置されている。そのため、一方のコイルの受電コイルに対する距離と、他方のコイルの受電コイルに対する距離の差を縮めることができる。その結果、給電コイルを構成する複数のコイルの給電効率を向上することができる。

好ましくは、複数のコイルは、面内方向と直交する方向に、一方のコイルのコイル導体と他方のコイルのコイル導体が交互に位置するとよい。この場合、一方のコイルの受電コイルに対する距離と、他方のコイルの受電コイルに対する距離の差を一層縮めることができる。そのため、給電コイルを構成する複数のコイルの給電効率をさらに向上することができる。

より好ましくは、複数のコイルは、それぞれコイルの中心に開口部を有し、他方のコイルのコイル導体の一部は、面内方向と直交する方向から見て、一方のコイルのコイル導体の外周縁と内周縁の間に位置するとよい。この場合、他方のコイルのコイル導体の一部が一方のコイルのコイル導体の外周縁より内側に位置することで給電コイルを構成する複数のコイルにおけるコイル導体の占有面積が狭くなる。そのため、隣接するコイル同士の距離が接近し、コイル同士の結合度合いが高まることから、給電コイルを構成する複数のコイルの給電効率をより一層向上することができる。また、他方のコイルのコイル導体の一部が一方のコイルのコイル導体の内周縁より外側に位置することで給電コイル同士の干渉が抑制される。そのため、給電効率の低下を抑制することができる。

本発明に係る受電コイルは、非接触給電システムの受電コイルであって、面内方向に隣接して配置された複数のコイルを備え、複数のコイルはそれぞれコイル導体が多層に形成され、隣接する複数のコイルのうち一方のコイルのコイル導体の層間に他方のコイルのコイル導体の一部が位置するように配置されていることを特徴とする

本発明によれば、面内方向に隣接して配置された複数のコイルを備え、複数のコイルはそれぞれコイル導体が多層に形成され、隣接する複数のコイルのうち一方のコイルのコイル導体の層間に他方のコイルのコイル導体の一部が位置するように配置されている。そのため、一方のコイルの給電コイルに対する距離と、他方のコイルの給電コイルに対する距離の差を縮めることができる。その結果、受電コイルを構成する複数のコイルの給電効率を向上することができる。

好ましくは、複数のコイルは、面内方向と直交する方向に、一方のコイルのコイル導体と他方のコイルのコイル導体が交互に位置するとよい。この場合、一方のコイルの給電コイルに対する距離と、他方のコイルの給電コイルに対する距離の差を一層縮めることができる。そのため、受電コイルを構成する複数のコイルの給電効率をさらに向上することができる。

より好ましくは、複数のコイルは、それぞれコイルの中心に開口部を有し、他方のコイルのコイル導体の一部は、面内方向と直交する方向から見て、一方のコイルのコイル導体の外周縁と内周縁の間に位置するとよい。この場合、他方のコイルのコイル導体の一部が一方のコイルのコイル導体の外周縁より内側に位置することで受電コイルを構成する複数のコイルにおけるコイル導体の占有面積が狭くなる。そのため、隣接するコイル同士の距離が接近し、コイル同士の結合度合いが高まることから、受電コイルを構成する複数のコイルの給電効率をより一層向上することができる。また、他方のコイルのコイル導体の一部が一方のコイルのコイル導体の内周縁より外側に位置することで受電コイル同士の干渉が抑制される。そのため、給電効率の低下を抑制することができる。

本発明によれば、非接触給電システムにおいて給電コイルと受電コイルとの間に存在する異物を検出コイルが精度良く検出することができる。また、給電コイル並びに受電コイルが給電効率を向上することができる。

非接触給電システムを負荷とともに示す回路構成図である。本発明の好適な実施形態に係る検出コイルを上面から見た平面図である。図２ａにおける切断線Ａ−Ａ´に沿う検出コイルの断面図である。本発明の好適な実施形態に係る給電コイルを上面から見た平面図である。図３ａにおける切断線Ｂ−Ｂ´に沿う検出コイルの断面図である。本発明の好適な実施形態に係る受電コイルを上面から見た平面図である。図４ａにおける切断線Ｃ−Ｃ´に沿う検出コイルの断面図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

まず、図１を参照して、本発明の好適な実施形態に係る検出コイル、給電コイル、及び、受電コイルが適用される非接触給電システムＳ１の全体構成について説明する。図１は、非接触給電システムを負荷とともに示す回路構成図である。

非接触給電システムＳ１は、図１に示されるように、非接触給電装置１００と、非接触受電装置２００と、を有する。

非接触給電装置１００は、電源１１０と、電力変換回路１２０と、給電コイルユニット１３０と、異物検出装置１４０と、を有する。非接触受電装置２００は、受電コイルユニット２１０と、整流部２２０と、を有する。

電源１１０は、直流電力を電力変換回路１２０に供給する。電源１１０としては、直流電力を出力するものであれば特に制限されず、商用交流電源を整流・平滑した直流電源、二次電池、太陽光発電した直流電源、あるいはスイッチングコンバータ等のスイッチング電源装置などが挙げられる。

電力変換回路１２０は、電力変換部１２１と、スイッチ駆動部１２２を有する。この電力変換回路１２０は、電源１１０から供給される入力直流電力を交流電力に変換する機能を有している。より具体的には、電力変換部１２１としては、複数のスイッチング素子がブリッジ接続されたスイッチング回路から構成される。本実施形態では、４つのスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４を用いたフルブリッジ型回路となっている。スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４としては、例えば、ＭＯＳ−ＦＥＴ（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ−ＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの素子が挙げられる。各スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４は、スイッチ駆動部１２２から供給されるＳＷ制御信号ＳＧ１〜ＳＧ４に応じて各スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４をオン・オフ制御することにより、電源１１０から供給される入力直流電力を交流電力に変換する。

給電コイルユニット１３０は、給電コイル１３１と、給電側リアクタンス回路Ｘ１０，Ｘ１１と、を有する。給電コイル１３１は、給電側リアクタンス回路Ｘ１０，Ｘ１１とともに給電側ＬＣ共振回路を形成している。この給電コイル１３１は、電力変換回路１２０から供給された交流電力を後述する受電コイル２１１に給電する機能を有する。給電側リアクタンス回路Ｘ１０，Ｘ１１は、給電側ＬＣ共振回路の共振周波数を調整する機能を有する。この給電側リアクタンス回路Ｘ１０，Ｘ１１は、給電コイルＬ１３１と共振するためのコンデンサやインダクタから構成される。本実施形態では、給電側リアクタンス回路Ｘ１０，Ｘ１１は、それぞれコンデンサのみから構成されているがこれに限られることなく、インダクタがコンデンサに直列又は並列に接続されていてもよい。また、本実施形態では、給電側リアクタンス回路Ｘ１０，Ｘ１１は、それぞれ給電コイル１３１に直列に接続される構成となっているがこれに限られることなく、例えば、給電コイル１３１に給電側リアクタンス回路Ｘ１０のみが直列に接続されていてもよく、給電コイル１３１に給電側リアクタンス回路Ｘ１０のみが並列に接続されていてもよく、あるいは、給電コイル１３１に給電側リアクタンス回路Ｘ１０が直列に接続され、給電側リアクタンス回路Ｘ１１が並列に接続される構成としてもよい。なお、非接触給電システムＳ１を電気自動車などの車両への給電設備に用いた場合、給電コイルユニット１３０は地中または地面近傍に配設されることとなる。

異物検出装置１４０は、給電コイル１３１と後述する受電コイル２１１との間に存在する異物を検出する役割を担っている。本実施形態では、異物検出装置１４０は、図１に示されるように、給電コイルユニット１３０の後述する受電コイルユニット２１０と対向する面側に配置されている。すなわち、異物検出装置１４０は、給電コイルユニット１３０（給電側）と受電コイルユニット２１０（受電側）との間に配置されることとなる。この異物検出装置１４０は、検出コイル１４１と、制御部１４２と、を有する。具体的には、検出コイル１４１は、検出コイル１４１の内径上の異物検出領域に異物が混入されると、異物による磁束の変化を受けてインダクタンス値が変化する。制御部１４２は、検出コイル１４１のインダクタンス値の変化による起電圧の変化を読み取ることで、異物の有無を判断する。より具体的には、検出コイル１４１は、インダクタンス値の変化による起電圧の変化である信号ＳＧ５を制御部１４２に送信し、制御部１４２は、信号ＳＧ５に基づいて異物の有無を判断することとなる。このとき、制御部１４２は、信号ＳＧ５に基づいて、異物が有ると判断した場合、スイッチ駆動部１２２に給電動作を停止させる信号ＳＧ６を送信するように構成してもよい。この場合、異物が検出された場合に速やかに非接触給電システムＳ１の給電動作を停止させることができる。なお、本実施形態では、異物検出装置１４０は、給電側に設けられているがこれに限られることなく、受電側に設けられていてもよい。

受電コイルユニット２１０は、受電コイル２１１と、受電側リアクタンス回路Ｘ２０，Ｘ２１と、を有する。受電コイル２１１は、受電側リアクタンス回路Ｘ２０，Ｘ２１とともに受電側ＬＣ共振回路を形成している。この受電コイル２１１は、給電コイル１３１から給電された交流電力を受電する機能を有する。受電側リアクタンス回路Ｘ２０，Ｘ２１は、受電側ＬＣ共振回路の共振周波数を調整する機能を有する。この受電側リアクタンス回路Ｘ２０，Ｘ２１は、受電コイル２１１と共振するためのコンデンサやインダクタから構成される。本実施形態では、受電側リアクタンス回路Ｘ２０，Ｘ２１は、それぞれコンデンサのみから構成されているがこれに限られることなく、インダクタがコンデンサに直列又は並列に接続されていてもよい。また、本実施形態では、受電側リアクタンス回路Ｘ２０，Ｘ２１は、それぞれ受電コイル２１１に直列に接続される構成となっているがこれに限られることなく、例えば、受電コイル２１１に受電側リアクタンス回路Ｘ２０のみが直列に接続されていてもよく、受電コイル２１１に受電側リアクタンス回路Ｘ２０のみが並列に接続されていてもよく、あるいは、受電コイル２１１に受電側リアクタンス回路Ｘ２０が直列に接続され、受電側リアクタンス回路Ｘ２１が並列に接続される構成としてもよい。なお、非接触給電システムＳ１を電気自動車などの車両への給電設備に適用した場合、受電コイルユニット２１０は、車両下部に搭載されることとなる。

整流部２２０は、受電コイルユニット２１０が受電した電力を整流して負荷ＲＬに出力する。本実施形態においては、整流部２２０は、４つのダイオード（整流素子）Ｄ１〜Ｄ４がフルブリッジ接続されたブリッジ型回路と、このブリッジ型回路に並列に接続された平滑コンデンサＣ０から構成されている。すなわち、整流部２２０は、受電コイルユニット２１０から供給される交流電力を全波整流する機能を備えている。平滑コンデンサＣ０は、整流された電圧を平滑して直流電圧を生成する。

このような構成を備えることにより、非接触給電装置１００の給電コイルユニット１３０と非接触受電装置２００の受電コイルユニット２１０が対向することで、磁気的に結合し、電力変換回路１２０から給電コイルユニット１３０に供給された交流電力が近接電磁界効果によって受電コイルユニット２１０に誘導起電力が励起される。すなわち、非接触給電装置１００から非接触受電装置２００に非接触にて電力が伝送される非接触給電システムＳ１が実現される。

続いて、図２ａ及び図２ｂを参照して、上述した異物検出装置１４０に適用される本発明の好適な実施形態に係る検出コイル１４１の構成について詳細に説明する。図２ａは、本発明の好適な実施形態に係る検出コイルを上面から見た平面図である。図２ｂは、図２ａにおける切断線Ａ−Ａ´に沿う検出コイルの断面図である。

検出コイル１４１は、非接触給電システムＳ１の給電コイル１３１と受電コイル２１１との間にある異物を検出するためコイルである。具体的には、検出コイル１４１は、面内方向に隣接して配置された複数のコイルＬ１０を有する。ここで、本実施形態における「面内方向」とは、給電コイル１３１と受電コイル２１１の対向方向と直交する平面方向のことを意味し、検出コイル１４１を構成するコイルの軸方向と直交する平面方向のことを意味する。本実施形態では、複数のコイルＬ１０は、コイルＬ１１と、コイルＬ１２の２つのコイルから構成されている。なお、検出コイル１４１を構成する複数のコイルＬ１０の個数は、異物検出領域の面積の広さに応じて適宜設定される。具体的には、給電コイル１３１と受電コイル２１１との間の領域の異物を検出しようとする場合、検出コイル１４１を構成する複数のコイルＬ１０は、給電コイル１３１によって区画される領域を覆う個数とすればよく、給電コイル１３１と受電コイル２１１との間の領域に加えて、その周囲の領域の異物を検出しようとする場合、検出コイル１４１を構成する複数のコイルＬ１０は、給電コイル１３１によって区画される領域よりも広い領域を覆う個数とすればよい。

コイルＬ１１は、図２ａ及び図２ｂに示されるように、コイル軸を中心に平面状に複数回周回させたコイル導体からなる巻線部が多層に形成されて構成されている。すなわち、コイルＬ１１は、積層構成のコイルである。また、コイルＬ１１は、コイルの中心に開口部を有し、この開口部の周囲に巻線部が配置されている。本実施形態では、コイルＬ１１の外形形状は、図２ａに示されるように、略正方形を呈しているが、長方形、円形、楕円形であってもよい。また、コイルＬ１１は、銅やアルミニウムなどの単線をコイル導体として、このコイル導体を複数回巻回した巻線コイルから構成されていてもよく、細線化による軽量化が可能となる観点から、多層基板上にスパッタリング法やめっき法などのパターニングにより形成された導体パターンをコイル導体としたプリントコイルから構成されていてもよい。

コイルＬ１２は、図２ａ及び図２ｂに示されるように、コイル軸を中心に平面状に複数回周回させたコイル導体からなる巻線部が多層に形成されて構成されている。すなわち、コイルＬ１２は、積層構成のコイルである。また、コイルＬ１２は、コイルの中心に開口部を有し、この開口部の周囲に巻線部が配置されている。さらに、コイルＬ１２は、面内方向にコイルＬ１１と隣接して配置されている。言い換えれば、コイルＬ１２とコイルＬ１１は面内方向に並置されている。本実施形態では、コイルＬ１２の外形形状は、図２ａに示されるように、略正方形を呈しているが、長方形、円形、楕円形であってもよい。また、コイルＬ１２は、銅やアルミニウムなどの単線をコイル導体として、このコイル導体を複数回巻回した巻線コイルから構成されていてもよく、細線化による軽量化が可能となる観点から、多層基板上にスパッタリング法やめっき法などのパターニングにより形成された導体パターンをコイル導体としたプリントコイルから構成されていてもよい。

コイルＬ１１とコイルＬ１２は、面内方向と直交する方向から見て、互いのコイル導体が重なり合うように配置されている。具体的には、図２ｂに示されるように、コイルＬ１１（一方のコイル）のコイル導体の層間にコイルＬ１２（他方のコイル）のコイル導体の一部が位置するように配置されている。本実施形態では、略正方形状のコイルＬ１１のコイルＬ１２と隣接する一辺のコイル導体が、略正方形状のコイルＬ１２のコイルＬ１１と隣接する一辺のコイル導体と面内方向と直交する方向から見て、互いに重なり合うように配置されている。ここで、面内方向と直交する方向から見て、コイルの巻線部（コイル導体）が異物の検出不能領域となり、コイルの開口部が異物の検出可能領域となる。これに対して、本実施形態では、コイルＬ１１の巻線部（コイル導体）とコイルＬ１２の巻線部（コイル導体）を面内方向と直交する方向から見て一部を重なるように配置していることから、異物の検出不能領域であるコイルＬ１１とコイルＬ１２の巻線部（コイル導体）の占有面積を相対的に減少させることができる。そのため、検出コイル１４１の異物の検出可能領域が拡げることが可能となる。なお、コイルＬ１２のコイル導体の一部は、面内方向と直交する方向から見て、コイルＬ１１のコイル導体の外周縁と内周縁の間に位置するように配置すると好ましい。この場合、コイルＬ１２のコイル導体の一部がコイルＬ１１のコイル導体の外周縁より内側に位置することで検出コイル１４１を構成する複数のコイルＬ１０におけるコイル導体の占有面積が狭くなる。そのため、異物の検出不能領域が減少し、異物をより一層精度良く検出することができる。加えて、コイルＬ１２のコイル導体の一部がコイルＬ１１のコイル導体の内周縁より外側に位置することで検出コイル１４１同士の干渉が抑制される。そのため、異物の検出精度の低下を抑制することができる。また、コイルＬ１２のコイル導体の外周縁は、面内方向と直交する方向から見て、コイルＬ１１のコイル導体の内周縁と一致するように配置するとより好ましい。この場合、検出コイル１４１を構成する複数のコイルＬ１０におけるコイル導体の占有面積を最も狭くすることができるため、異物の検出不能領域が減少し、異物をより一層精度良く検出することができる。

さらに、検出コイル１４１を構成する複数のコイルＬ１０と異物が近いほど、コイルのインダクタンス値の変化量が増加する。つまり、異物の検出精度は向上することとなる。これに対して、本実施形態では、コイルＬ１１のコイル導体の層間にコイルＬ１２のコイル導体の一部が位置するように配置されている。これにより、隣接するコイル同士を単純に重ね合わせた場合に比べて、コイルＬ１１の異物検出領域表面に対する距離と、コイルＬ１２の異物検出領域表面に対する距離の差を縮めることができる。そのため、検出コイル１４１を構成する複数のコイルＬ１０の検出精度のバラツキが抑制され、異物を精度良く検出することができる。

またさらには、本実施形態では、図２ｂに示されるように、検出コイル１４１を構成する複数のコイルＬ１０は、面内方向と直交する方向に、コイルＬ１１のコイル導体とコイルＬ１２のコイル導体が交互に位置している。つまり、面内方向と直交する方向に、コイルＬ１１のコイル導体は、コイルＬ１２のコイル導体に挟まれ、コイルＬ１２のコイル導体は、コイルＬ１１のコイル導体に挟まれていることになる。このような構成により、コイルＬ１１の異物検出領域表面からの距離とコイルＬ１２の異物検出領域表面からの距離の差を最も縮めることができる。これに伴い、コイルＬ１１のインダクタンス値の変化量とコイルＬ１２のインダクタンス値の変化量の差もより一層縮まる。そのため、検出コイル１４１を構成する複数のコイルＬ１０の検出精度のバラツキがさらに抑制され、異物をより精度良く検出することができる。また、検出コイル１４１を構成する複数のコイルＬ１０同士のインダクタンス値の変化量の差が縮まることにより、制御部１４２における基準値の設定が簡略化できるため、異物の検出精度を向上させることができる。

以上のように、本実施形態に係る検出コイル１４１は、面内方向に隣接して配置された複数のコイルＬ１０を備え、複数のコイルＬ１０はそれぞれコイル導体が多層に形成され、隣接する複数のコイルＬ１０のうち一方のコイルＬ１１のコイル導体の層間に他方のコイルＬ１２のコイル導体の一部が位置するように配置されている。そのため、一方のコイルＬ１１の異物検出領域表面に対する距離と、他方のコイルＬ１２の異物検出領域表面に対する距離の差を縮めることができる。その結果、検出コイル１４１を構成する複数のコイルＬ１０の検出精度のバラツキが抑制されて、異物を精度良く検出することができる。

次に、図３ａ及び図３ｂを参照して、上述した給電コイルユニット１３０に適用される本実施形態の好適な実施形態に係る給電コイル１３１の構成について詳細に説明する。図３ａは、本発明の好適な実施形態に係る給電コイルを上面から見た平面図である。図３ｂは、図３ａにおける切断線Ｂ−Ｂ´に沿う検出コイルの断面図である。

給電コイル１３１は、非接触給電システムＳ１において、受電コイル２１１に非接触で電力を伝送するためのコイルである。具体的には、給電コイル１３１は、面内方向に隣接して配置された複数のコイルＬ２０を有する。ここで、本実施形態における「面内方向」とは、給電コイル１３１と受電コイル２１１の対向方向と直交する平面方向のことを意味し、給電コイル１３１を構成するコイルの軸方向と直交する平面方向のことを意味する。本実施形態では、複数のコイルＬ２０は、コイルＬ２１と、コイルＬ２２の２つのコイルから構成されている。なお、給電コイル１３１を構成する複数のコイルＬ２０の個数は、所望の給電範囲に応じて適宜設定される。

コイルＬ２１は、図３ａ及び図３ｂに示されるように、コイル軸を中心に平面状に複数回周回させたコイル導体からなる巻線部が多層に形成されて構成されている。すなわち、コイルＬ２１は、積層構成のコイルである。このように、コイルＬ２１は、コイル導体を多層に巻回することで、インダクタンス値を大きくしている。また、コイルＬ２１は、コイルの中心に開口部を有し、この開口部の周囲に巻線部が配置されている。本実施形態では、コイルＬ２１の外形形状は、図３ａに示されるように、略正方形を呈しているが、長方形、円形、楕円形であってもよい。また、本実施形態では、コイルＬ２１は、銅やアルミニウムなどの単線をコイル導体として、このコイル導体を複数回巻回した巻線コイルから構成されていてもよく、複数の細い導体素線が撚り合されたリッツ線を複数回巻回した巻線コイルから構成されていてもよく、細線化による軽量化が可能となる観点から、多層基板上にスパッタリング法やめっき法などのパターニングにより形成された導体パターンをコイル導体としたプリントコイルから構成されていてもよい。

コイルＬ２２は、図３ａ及び図３ｂに示されるように、コイル軸を中心に平面状に複数回周回させたコイル導体からなる巻線部が多層に形成されて構成されている。すなわち、コイルＬ２２は、積層構成のコイルである。このように、コイルＬ２２は、コイル導体を多層に巻回することで、インダクタンス値を大きくしている。また、コイルＬ２２は、コイルの中心に開口部を有し、この開口部の周囲に巻線部が配置されている。さらに、コイルＬ２２は、面内方向にコイルＬ２１と隣接して配置されている。言い換えれば、コイルＬ２２とコイルＬ２１は面内方向に並置されている。本実施形態では、コイルＬ２２の外形形状は、図３ａに示されるように、略正方形を呈しているが、長方形、円形、楕円形であってもよい。また、コイルＬ２２は、銅やアルミニウムなどの単線をコイル導体として、このコイル導体を複数回巻回した巻線コイルから構成されていてもよく、複数の細い導体素線が撚り合されたリッツ線を複数回巻回した巻線コイルから構成されていてもよく、細線化による軽量化が可能となる観点から、多層基板上にスパッタリング法やめっき法などのパターニングにより形成された導体パターンをコイル導体としたプリントコイルから構成されていてもよい。

コイルＬ２１とコイルＬ２２は、面内方向と直交する方向から見て、互いのコイル導体が重なり合うように配置されている。具体的には、図３ｂに示されるように、コイルＬ２１（一方のコイル）のコイル導体の層間にコイルＬ２２（他方のコイル）のコイル導体の一部が位置するように配置されている。本実施形態では、略正方形状のコイルＬ２１のコイルＬ２２と隣接する一辺のコイル導体が、略正方形状のコイルＬ２２のコイルＬ２１と隣接する一辺のコイル導体と面内方向と直交する方向から見て、互いに重なり合うように配置されている。このように、コイルＬ２１の巻線部（コイル導体）とコイルＬ２２の巻線部（コイル導体）を面内方向と直交する方向から見て一部を重なるように配置していることから、コイルＬ２１とコイルＬ２２の巻線部（コイル導体）の占有面積を相対的に減少させることができる。そのため、給電効率の低下を抑制しつつ、給電コイル１３１のサイズを小さくすることができる。なお、コイルＬ２２のコイル導体の一部は、面内方向と直交する方向から見て、コイルＬ２１のコイル導体の外周縁と内周縁の間に位置するように配置すると好ましい。この場合、コイルＬ２２のコイル導体の一部がコイルＬ２１のコイル導体の外周縁より内側に位置することで隣接するコイルＬ２１，Ｌ２２同士の距離が接近し、コイルＬ２１，Ｌ２２同士の結合度合いが高まることから、給電コイル１３１を構成する複数のコイルＬ２０の給電効率をより一層向上することができる。加えて、コイルＬ２２のコイル導体の一部がコイルＬ２１のコイル導体の内周縁より外側に位置することで給電コイル１３１同士の干渉が抑制される。そのため、給電効率の低下を抑制することができる。また、コイルＬ２２のコイル導体の外周縁は、面内方向と直交する方向から見て、コイルＬ２１のコイル導体の内周縁と一致するように配置するとより好ましい。この場合、給電コイル１３１を構成する複数のコイルＬ２０におけるコイルＬ２１，２２同士の結合度合いを最も高めることができるため、給電効率をより一層向上することができる。

さらに、給電コイル１３１を構成する複数のコイルＬ２０と受電コイル２１１が近いほど、コイル同士の結合度合いが高まる。つまり、給電効率は向上することとなる。これに対して、本実施形態では、コイルＬ２１のコイル導体の層間にコイルＬ２２のコイル導体の一部が位置するように配置されている。これにより、隣接するコイル同士を単純に重ね合わせた場合に比べて、コイルＬ２１の受電コイル２１１に対する距離と、コイルＬ２２の受電コイル２１１に対する距離の差を縮めることができる。そのため、給電コイル１３１を構成する複数のコイルＬ２０の給電効率を向上することができる。

またさらには、本実施形態では、図３ｂに示されるように、給電コイル１３１を構成する複数のコイルＬ２０は、面内方向と直交する方向に、コイルＬ２１のコイル導体とコイルＬ２２のコイル導体が交互に位置している。つまり、面内方向と直交する方向に、コイルＬ２１のコイル導体は、コイルＬ２２のコイル導体に挟まれ、コイルＬ２２のコイル導体は、コイルＬ２１のコイル導体に挟まれていることとなる。このような構成により、コイルＬ２１の受電コイル２１１からの距離とコイルＬ２２の受電コイル２１１からの距離の差を最も縮めることができる。これに伴い、コイルＬ２１の受電コイル２１１との結合度合いとコイルＬ２２の受電コイル２１１との結合度合いの差もより一層縮まる。そのため、給電コイル１３１を構成する複数のコイルＬ２０の給電効率をさらに向上することができる。

以上のように、本実施形態に係る給電コイル１３１は、面内方向に隣接して配置された複数のコイルＬ２０を備え、複数のコイルＬ２０はそれぞれコイル導体が多層に形成され、隣接する複数のコイルＬ２０のうち一方のコイルＬ２１のコイル導体の層間に他方のコイルＬ２２のコイル導体の一部が位置するように配置されている。そのため、一方のコイルＬ２１の受電コイル２１１に対する距離と、他方のコイルＬ２２の受電コイル２１１に対する距離の差を縮めることができる。その結果、給電コイル１３１を構成する複数のコイルＬ２０の給電効率を向上することができる。

次に、図４ａ及び図４ｂを参照して、上述した受電コイルユニット２１０に適用される本発明の好適な実施形態に係る受電コイル２１１の構成について詳細に説明する。図４ａは、本発明の好適な実施形態に係る受電コイルを上面から見た平面図である。図４ｂは、図４ａにおける切断線Ｃ−Ｃ´に沿う検出コイルの断面図である。

受電コイル２１１は、非接触給電システムＳ１において、給電コイル１３１からの電力を非接触で受電するためのコイルである。具体的には、受電コイル２１１は、面内方向に隣接して配置された複数のコイルＬ３０を有する。ここで、本実施形態における「面内方向」とは、給電コイル１３１と受電コイル２１１の対向方向と直交する平面方向のことを意味し、受電コイル２１１を構成するコイルの軸方向と直交する平面方向のことを意味する。本実施形態では、複数のコイルＬ３０は、コイルＬ３１と、コイルＬ３２の２つのコイルから構成されている。なお、受電コイル２１１を構成する複数のコイルＬ３０の個数は、所望の受電範囲に応じて適宜設定される。

コイルＬ３１は、図４ａ及び図４ｂに示されるように、コイル軸を中心に平面状に複数回周回させたコイル導体からなる巻線部が多層に形成されて構成されている。すなわち、コイルＬ３１は、積層構成のコイルである。このように、コイルＬ３１は、コイル導体を多層に巻回することで、インダクタンス値を大きくしている。また、コイルＬ３１は、コイルの中心に開口部を有し、この開口部の周囲に巻線部が配置されている。本実施形態では、コイルＬ３１の外形形状は、図４ａに示されるように、略正方形を呈しているが、長方形、円形、楕円形であってもよい。また、本実施形態では、コイルＬ３１は、銅やアルミニウムなどの単線をコイル導体として、このコイル導体を複数回巻回した巻線コイルから構成されていてもよく、複数の細い導体素線が撚り合されたリッツ線を複数回巻回した巻線コイルから構成されていてもよく、細線化による軽量化が可能となる観点から、多層基板上にスパッタリング法やめっき法などのパターニングにより形成された導体パターンをコイル導体としたプリントコイルから構成されていてもよい。

コイルＬ３２は、図４ａ及び図４ｂに示されるように、コイル軸を中心に平面状に複数回周回させたコイル導体からなる巻線部が多層に形成されて構成されている。すなわち、コイルＬ３２は、積層構成のコイルである。このように、コイルＬ３２は、コイル導体を多層に巻回することで、インダクタンス値を大きくしている。また、コイルＬ３２は、コイルの中心に開口部を有し、この開口部の周囲に巻線部が配置されている。さらに、コイルＬ３２は、面内方向にコイルＬ３１と隣接して配置されている。言い換えれば、コイルＬ３２とコイルＬ３１は面内方向に並置されている。本実施形態では、コイルＬ３２の外形形状は、図４ａに示されるように、略正方形を呈しているが、長方形、円形、楕円形であってもよい。また、コイルＬ３２は、銅やアルミニウムなどの単線をコイル導体として、このコイル導体を複数回巻回した巻線コイルから構成されていてもよく、複数の細い導体素線が撚り合されたリッツ線を複数回巻回した巻線コイルから構成されていてもよく、細線化による軽量化が可能となる観点から、多層基板上にスパッタリング法やめっき法などのパターニングにより形成された導体パターンをコイル導体としたプリントコイルから構成されていてもよい。

コイルＬ３１とコイルＬ３２は、面内方向と直交する方向から見て、互いのコイル導体が重なり合うように配置されている。具体的には、図４ｂに示されるように、コイルＬ３１（一方のコイル）のコイル導体の層間にコイルＬ３２（他方のコイル）のコイル導体の一部が位置するように配置されている。本実施形態では、略正方形状のコイルＬ３１のコイルＬ３２と隣接する一辺のコイル導体が、略正方形状のコイルＬ３２のコイルＬ３１と隣接する一辺のコイル導体と面内方向と直交する方向から見て、互いに重なり合うように配置されている。このように、コイルＬ３１の巻線部（コイル導体）とコイルＬ３２の巻線部（コイル導体）を面内方向と直交する方向から見て一部を重なるように配置していることから、コイルＬ３１とコイルＬ３２の巻線部（コイル導体）の占有面積を相対的に減少させることができる。そのため、給電効率の低下を抑制しつつ、受電コイル２１１のサイズを小さくすることができる。なお、コイルＬ３２のコイル導体の一部は、面内方向と直交する方向から見て、コイルＬ３１のコイル導体の外周縁と内周縁の間に位置するように配置すると好ましい。この場合、コイルＬ３２のコイル導体の一部がコイルＬ３１のコイル導体の外周縁より内側に位置することで隣接するコイルＬ３１，Ｌ３２同士の距離が接近し、コイルＬ３１，Ｌ３２同士の結合度合いが高まることから、受電コイル２１１を構成する複数のコイルＬ３０の給電効率をより一層向上することができる。加えて、コイルＬ３２のコイル導体の一部がコイルＬ３１のコイル導体の内周縁より外側に位置することで受電コイル２１１同士の干渉が抑制される。そのため、給電効率の低下を抑制することができる。また、コイルＬ３２のコイル導体の外周縁は、面内方向と直交する方向から見て、コイルＬ３１のコイル導体の内周縁と一致するように配置するとより好ましい。この場合、受電コイル２１１を構成する複数のコイルＬ３０におけるコイルＬ３１，Ｌ３２同士の結合度合いを最も高めることができるため、給電効率をより一層向上することができる。

さらに、受電コイル２１１を構成する複数のコイルＬ３０と給電コイル１３１が近いほど、コイル同士の結合度合いが高まる。つまり、給電効率は向上することとなる。これに対して、本実施形態では、コイルＬ３１のコイル導体の層間にコイルＬ３２のコイル導体の一部が位置するように配置されている。これにより、隣接するコイル同士を単純に重ね合わせた場合に比べて、コイルＬ３１の給電コイル１３１に対する距離と、コイルＬ３２の給電コイル１３１に対する距離の差を縮めることができる。そのため、受電コイル２１１を構成する複数のコイルＬ３０の給電効率を向上することができる。

またさらには、本実施形態では、図４ｂに示されるように、受電コイル２１１を構成する複数のコイルＬ３０は、面内方向と直交する方向に、コイルＬ３１のコイル導体とコイルＬ３２のコイル導体が交互に位置している。つまり、面内方向と直交する方向にコイルＬ３１のコイル導体は、コイルＬ３２のコイル導体に挟まれ、コイルＬ３２のコイル導体は、コイルＬ３１のコイル導体に挟まれていることとなる。このような構成により、コイルＬ３１の給電コイル１３１からの距離とコイルＬ３２の給電コイル１３１からの距離の差を最も縮めることができる。これに伴い、コイルＬ３１の給電コイル１３１との結合度合いとコイルＬ３２の給電コイル１３１との結合度合いの差もより一層縮まる。そのため、受電コイル２１１を構成する複数のコイルＬ３０の給電効率をさらに向上することができる。

以上のように、本実施形態に係る受電コイル２１１は、面内方向に隣接して配置された複数のコイルＬ３０を備え、複数のコイルＬ３０はそれぞれコイル導体が多層に形成され、隣接する複数のコイルＬ３０のうち一方のコイルＬ３１のコイル導体の層間に他方のコイルＬ３２のコイル導体の一部が位置するように配置されている。そのため、一方のコイルＬ３１の給電コイル１３１に対する距離と、他方のコイルＬ３２の給電コイル１３１に対する距離の差を縮めることができる。その結果、受電コイル２１１を構成する複数のコイルＬ３０の給電効率を向上することができる。

１００…非接触給電装置、１１０…電源、１２０…電力変換回路、１２１…電力変換部、１２２…スイッチ駆動部、１３０…給電コイルユニット、１３１…給電コイル、１４０…異物検出装置、１４１…検出コイル、１４２…制御部、２００…非接触受電装置、２１０…受電コイルユニット、２１１…受電コイル、２２０…整流部、Ｃ０…平滑コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ４…ダイオード、Ｌ１０〜Ｌ３０…複数のコイル、Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ３１，Ｌ３２…コイル、ＲＬ…負荷、Ｓ１…非接触給電システム、ＳＷ１〜ＳＷ４…スイッチング素子、ＳＧ１〜ＳＧ４…ＳＷ制御信号、ＳＧ５，ＳＧ６…信号、Ｘ１０，Ｘ１１…給電側リアクタンス回路、Ｘ２０，Ｘ２１…受電側リアクタンス回路。

Claims

非接触給電システムの給電コイルと受電コイルとの間にある異物を検出するための検出コイルであって、
面内方向に隣接して配置された複数のコイルを備え、
前記複数のコイルはそれぞれコイル導体が多層に形成され、
隣接する前記複数のコイルのうち一方のコイルのコイル導体の層間に他方のコイルのコイル導体の一部が位置するように配置されていることを特徴とする検出コイル。
前記複数のコイルは、前記面内方向と直交する方向に、前記一方のコイルのコイル導体と前記他方のコイルのコイル導体が交互に位置することを特徴とする請求項１に記載の検出コイル。
前記複数のコイルは、それぞれコイルの中心に開口部を有し、
前記他方のコイルのコイル導体の一部は、前記面内方向と直交する方向から見て、前記一方のコイルのコイル導体の外周縁と内周縁の間に位置することを特徴とする請求項１または２に記載の検出コイル。