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。
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(Metal Oxide Semiconductor−Field Effect Transistor)やIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)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。