JP6665454B2 - コイル装置及びコイルシステム - Google Patents

Description

本発明は、コイル装置及びコイルシステムに関する。

非接触給電システムは、送電装置の一部である送電用のコイル装置と、受電装置の一部である受電用のコイル装置と、を備え、電磁誘導方式、磁界共鳴方式等のコイル間の磁気結合を利用して、非接触での給電を実現している。このようなコイル装置では、コイルの内部抵抗によって熱が発生し、コイル装置内の温度が上昇する。この結果、例えば、導線の被覆が劣化し電気絶縁性が低下してしまう。

従来のコイル装置として、コイルの温度上昇を抑制するコイル装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１に記載のコイル装置は、コイルを収容するための筐体として保護部材を備えている。この保護部材には、発熱したコイルを冷却するために、水等の液体が流れる流路が設けられている。

特開２０１２−２２８１２３号公報

上述したようなコイル装置では、コイル（コイル部）で発生した熱は、コイル部と保護部材との間に存在する空気を経由した後に、保護部材の流路内の流体に伝達される。すなわち、コイル部から生じた熱の伝達経路には、空気が存在する。このため、コイル部の冷却効率の低下を招いていた。

本発明は、コイル部の冷却効率を向上させることができるコイル装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るコイル装置は、コイル部と、コイル部を収容するハウジングと、ハウジング内に位置し、流動性及び熱伝導性を有する冷却剤と、を備える。

このコイル装置は、ハウジング内に位置し、流動性及び熱伝導性を有する冷却剤を備えている。これにより、コイル部で発生した熱は、冷却剤を介してハウジング外に放熱される。よって、コイル部の冷却効率を向上させることができる。

いくつかの態様において、冷却剤は、冷却流体と、冷却流体に混入された磁性粉末と、を含む。冷却剤が磁性粉末を含むので、冷却剤の熱伝導性が向上する。よって、コイル部の冷却効率を一層向上させることができる。

いくつかの態様において、磁性粉末には、冷却流体との間の親和性を低下させる表面処理が施されている。これにより、磁性粉末同士の凝集が抑制されて磁性粉末に渦電流が流れにくくなる。この結果、磁性粉末自体の発熱が抑制される。

いくつかの態様において、コイル部は、導線と、導線を保持する保持部材とを含み、コイル部の導線は、保持部材において平面渦巻状に巻回されており、コイル装置は、巻回された導線の中心軸を取り囲み、冷却流体の通過を許容すると共に磁性粉末の通過を制限する制限部材を更に備え、磁性粉末は、制限部材の外側に存在しており、制限部材は、中心軸側への磁性粉末の移動を制限する。これにより、巻回された導線の中心軸近傍に存在する磁極から磁性粉末を遠ざけることができる。このため、コイル装置の一方の磁極から生じた磁束が、磁性粉末の影響によって、他のコイル装置を経由せずにコイル装置の他方の磁極に戻ってしまう、ということを抑制することができる。

本発明の一態様に係るコイルシステムは、上記のコイル装置と、他の導線を含む他のコイル装置と、を備え、コイル装置のコイル部を流れる電流と他のコイル装置の他のコイル部を流れる電流とにおいて、位相及び振幅の少なくとも一方が互いに異なる。

各コイル装置のコイル部に電流が流れると、各コイル装置によってそれぞれ磁界が発生し、勾配のついた磁界中に存在する磁性粉末には磁気力が発生する。このコイルシステムでは、コイル部を流れる電流と他のコイル部を流れる電流とにおいて、位相及び振幅の少なくとも一方が互いに異なること、又は、これらの電流が発生させる磁界の勾配の方向と大きさが互いに異なることにより、磁性粉末に作用する磁気力に差分が生じ、各コイル装置間に磁気勾配が生じる。磁気勾配の向きは、各コイル部に流れる電流（交流電流）の周期に伴って各コイル装置間で繰り返し反転する。磁性粉末は、磁気力が強い側のコイル装置に引っ張られるため、電流の周期に伴って引っ張られる方向が繰り返し反転する。このため、磁性粉末の移動方向が変化し、冷却剤が撹拌される。これにより、温められた冷却剤がコイル部に近い側で留まり続けず、温められていない冷却剤がコイル部に近い側へ移動する。この結果、コイル部の冷却効率を向上させることができる。

いくつかの態様に係るコイルシステムは、コイル装置と他のコイル装置との間で非接触給電を行うコイルシステムであって、送電側であるコイル装置に接続されており、コイル装置に供給する電流の周波数を、非接触給電用の第１周波数と第１周波数よりも小さい第２周波数との間で切替え可能である電源部を更に備える。第２周波数の電流をコイル装置に供給した場合、各コイル装置間に生じる磁気勾配の向きが反転するタイミングは、第１周波数の電流をコイル装置に供給した場合と比べて遅くなり、磁性粉末が引っ張られる方向が反転するタイミングも遅くなる。つまり、電流の周波数を第２周波数に切り替えることにより、第１周波数の場合と比べて、磁性粉末の移動距離が長くなる。これにより、冷却流体の移動距離も長くなるので、冷却剤が一層撹拌される。よって、コイル部の冷却効率を一層向上させることができる。

いくつかの態様に係るコイルシステムは、コイル装置と他のコイル装置との間で非接触給電を行うコイルシステムであって、送電側である他のコイル装置に接続されており、他のコイル装置に供給する電流の周波数を、非接触給電用の第１周波数と第１周波数よりも小さい第２周波数との間で切替え可能である電源部を更に備える。第２周波数の電流を他のコイル装置に供給した場合、各コイル装置間に生じる磁気勾配の向きが反転するタイミングは、第１周波数の電流を他のコイル装置に供給した場合と比べて遅くなり、磁性粉末が引っ張られる方向が反転するタイミングも遅くなる。つまり、電流の周波数を第２周波数に切り替えることにより、第１周波数の場合と比べて、磁性粉末の移動距離が長くなる。これにより、冷却流体の移動距離も長くなるので、冷却剤が一層撹拌される。よって、コイル部の冷却効率を一層向上させることができる。

本発明のいくつかの態様によれば、コイル部の冷却効率を向上させることができる。

本発明の第１実施形態に係るコイルシステムの構成を示すブロック図である。 図１の送電側のコイル装置及び受電側のコイル装置を示す側断面図である。 図１の送電側のコイル装置を示す平面図である。 図１のコイルシステムにおいて位置ずれが生じた状態を示す側断面図である。 本発明の第２実施形態に係るコイルシステムを構成する送電側のコイル装置及び受電側のコイル装置を示す側断面図である。 図５の送電側のコイル装置を示す平面図である。 図１のコイルシステムの変形例を示す側断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図１を参照して、第１実施形態に係る非接触給電システム（コイルシステム）１について説明する。非接触給電システム１は、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両に搭載されたバッテリを充電するためのシステムである。

非接触給電システム１は、図１に示されるように、地表面に設置された送電装置３と、車両２側に設けられる受電装置４と、を含んでいる。送電装置３は、地上を走行する車両２が予め定められた位置（後述する電磁結合回路が形成される位置）で停車しているときに、車両２の受電装置４に対して電力（バッテリ９を充電するための電力）を非接触で伝送する。

送電装置３は、送電側のコイル装置５と、コイル装置５に接続されている電源部１０と、を含んでいる。コイル装置５は、地表面に設置されている。電源部１０は、外部電源１１と、整流回路１２と、送電回路１３と、制御部１４と、を含んでいる。外部電源１１は、車両２に伝送すべき電力を生成するために必要となる電力を供給する電源であり、例えば商用交流電源のような単相交流電力を供給する電源である。なお、この外部電源１１は、単相交流電源に限られることはなく、三相交流電力を供給する電源であってもよい。

整流回路１２は、外部電源１１から供給される交流電力を整流して直流電力に変換する回路である。整流回路１２は、ＰＦＣ[Power Factor Correction]機能や昇降圧機能を有していてもよい。なお、外部電源１１としては燃料電池や太陽電池など直流電源を利用することも可能であり、その場合には、整流回路１２を省略することができる。また、外部電源１１が直流電源である場合は、整流回路１２の代わりに直流直流変換回路（ＤＣ／ＤＣコンバータ）を設けてもよい。

送電回路１３は、整流回路１２から供給される電力を、送電側のコイル装置５と車両２に設けられた受電側のコイル装置６とによって形成される電磁結合回路を介して、非接触で車両２に供給する。送電回路１３は、例えば、インバータ回路を備え、整流回路１２からの直流電力を外部電源１１の交流電力よりも周波数が高い交流電力（高周波電力）に変換して送電側のコイル装置５に与える。これにより、送電側のコイル装置５と受電側のコイル装置６との間で非接触給電が行われる。送電回路１３は、インバータ回路の出力側に、コイル装置５に含まれるコイル部２０（図２を参照）とともに送電側共振回路を構成する共振用コンデンサを備え得る。

制御部１４は、例えば、ＣＰＵ[CentralProcessing Unit]、ＲＯＭ[Read Only Memory]、ＲＡＭ[Random Access Memory]等を含む電子制御ユニットである。制御部１４は、送電側のコイル装置５から受電側のコイル装置６への電力供給を制御する。制御部１４は、送電側のコイル装置５から受電側のコイル装置６へ供給される電力の大きさを変更するように電源部１０の各回路（送電回路１３等）を制御する。制御部１４は、例えば、受電側の回路（コイル装置６、受電回路７及び充電回路８の少なくとも１つ）やバッテリ９において異常が生じた場合等には、送電側のコイル装置５から受電側のコイル装置６への電力供給を停止するように制御することができる。

また、制御部１４は、送電側のコイル装置５に供給する電流の周波数を、非接触給電用の第１周波数と第１周波数よりも小さい第２周波数との間で切り替えるように、送電回路１３のインバータ回路を制御する。第１周波数は、コイル装置５とコイル装置６との間で非接触給電を適切に実施するための周波数である。第１周波数は、例えば法規制等の事情を加味して定められている。第１周波数は、例えば１００ｋＨｚ程度である。第２周波数は、磁性粉末が応答しやすい（移動しやすい）低い周波数であることが好ましい。例えば第２周波数は、数十Ｈｚ〜数ｋＨｚ程度であってもよい。制御部１４は、非接触給電中において、コイル装置５に供給する電流の周波数を、原則として第１周波数とし、例えば所定のタイミングにおいて所定の時間のみ第２周波数に切り替えるように、送電回路１３を制御する。所定の時間とは、例えば１秒間程度である。所定のタイミングとは、例えばコイル装置５が所定温度に達したときである。

コイル装置５とコイル装置６とが近接し、コイル装置５に含まれるコイル部２０（図２を参照）とコイル装置６に含まれるコイル部４０（図２を参照）とが近接した状態に位置させられることで、電磁結合回路が形成される。この電磁結合回路は、コイル部２０，４０同士が電磁気的に結合して送電側のコイル部２０から受電側のコイル部４０への非接触の給電が行われる回路を意味し、「電磁誘導方式」で給電を行う回路であってもよく、「磁界共鳴方式」で給電を行う回路であってもよい。

車両２は、受電装置４を含んでいる。なお、図１では省略しているが、車両２は、モータ、操作ハンドル、及びブレーキ等の走行に必要な構成を含んでいる。受電装置４は、コイル装置６と、受電回路７と、充電回路８と、を含んでいる。コイル装置６は、送電側のコイル装置５から非接触で供給される電力（交流電力）を受け取る。

受電回路７は、コイル装置６からの交流電力を直流電力に変換して充電回路８に出力する。この受電回路７は、受電側のコイル部４０とともに受電側共振回路を構成する共振用コンデンサを備え得る。なお、受電回路７の共振用コンデンサの静電容量は、受電側共振回路の共振周波数が上述した送電側共振回路の共振周波数と同一周波数になるように設定され得る。

充電回路８は、入力端が受電回路７の出力端に接続されるとともに出力端がバッテリ９の入力端に接続されており、充電回路８からの電力（直流電力）を所望電力に変換してバッテリ９に供給する。バッテリ９は、車両２に搭載された再充電が可能な電池（例えば、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池）であり、図示しない走行モータ等に電力を供給する。なお、この充電回路８は、受電用の制御部（図示省略）によって予め用意された受電用制御プログラムに基づいて制御されるようになっている。

次に、図２及び図３を参照して、送電側のコイル装置５及び受電側のコイル装置６について説明する。

送電側のコイル装置５は、地表面に設置されている。コイル装置５は、図２に示されるように、平板状のコイル部２０と、コイル部２０が載置された平板状の磁性部材１５と、コイル部２０及び磁性部材１５を収容するハウジング１６と、ハウジング１６内に位置する冷却剤３０と、を備えている。

コイル部２０は、導線２１と、導線２１を保持する保持部材２２と、を含んでいる。保持部材２２は、例えば矩形平板状である。導線２１は、図３に示されるように、保持部材２２の表面側において平面渦巻状に巻回されている。導線２１は、略矩形状に巻かれている。コイル部２０は、サーキュラー型のコイル部である。サーキュラー型のコイル部２０において、導線２１は、巻回された導線２１の巻軸（中心軸）Ｌ１方向から見て、矩形、円形、楕円形等の種々の形状に巻回され得る。導線２１としては、例えば銅もしくはアルミニウムの単線、リッツ線、又はバスバー等が用いられる。

導線２１は、リッツ線であることが好ましい。特に、非接触給電システムでは、電力伝送距離の拡張や伝送効率の向上等のために高周波（例えば、ｋＨｚオーダ以上）の電流をコイル装置５に流すことがある。一般的に導線２１に流れる電流が高周波であるほど、導線２１で生じる表皮効果が大きくなる。表皮効果が大きくなるほど、導線２１での抵抗が増加し、熱損失が増加してしまう。熱損失の増加は、非接触給電システム１全体の電力効率（例えば、送電装置３側の電源出力に対する受電装置４側のバッテリ９入力の割合）の低下につながる。表皮効果を抑えるために、リッツ線が用いられる。リッツ線は、互いに絶縁された複数の導体素線が撚り合わされたものである。

導線２１は、直線状の複数の延在部２１ａと、２つの引出部２１ｂと、を含んでいる。複数の延在部２１ａは、導線２１の各周をなす略矩形状の４辺をそれぞれ構成している。各延在部２１ａの間には、それぞれ略直角に湾曲した折曲部が設けられている。複数の延在部２１ａは、折曲部を介して順に連続することにより、導線２１の各周を構成している。同じ側の辺をなす隣り合う延在部２１ａ同士は、互いに平行であり、所定の間隔を有している。一方の引出部２１ｂは、最も内側に位置する延在部２１ａの先端から保持部材２２の裏面側に延びており、保持部材２２の外側まで引き出されている。他方の引出部２１ｂは、最も外側に位置する延在部２１ａの先端から延びており、保持部材２２の外側まで引き出されている。

保持部材２２は、上述したように、例えば矩形平板状を呈しており、表面側において導線２１を保持している。保持部材２２の表面は、車両２（コイル装置６）側に向けられている。保持部材２２には、導線２１を収容する溝部２２ａが設けられている。溝部２２ａは、保持部材２２の表面側に開放されている。保持部材２２は、例えば、非磁性及び絶縁性の材料（ポリフェニレンサルファイド樹脂等）で形成されている。

磁性部材１５は、コイル部２０から発生した磁力線の方向付け及び集約を行う。磁性部材１５は、例えばフェライト板等である。

ハウジング１６は、例えば扁平な直方体状であって、図２に示されるように、平板状のベース１７と、コイル部２０を覆うカバー１８と、を含んでいる。ベース１７は、コイル装置５の強度を確保し、コイル部２０に因る磁束がベース１７の裏側（カバー１８側とは反対側）に漏れることを抑えている。ベース１７上には、磁性部材１５を介してコイル部２０が載置されている。ベース１７は、例えば非磁性及び導電性の材料（銅、アルミニウム等）で形成されている。カバー１８は、ベース１７側に開口部を有し、カバー１８の内面は、保持部材２２の表面及び側面と離れて対向している。カバー１８は、例えば非磁性及び絶縁性の材料（ポリフェニレンサルファイド樹脂等）で形成されている。ベース１７の周縁部とカバー１８の開口部の周縁部とが合わさることにより、コイル部２０及び磁性部材１５の収容空間が形成される。

冷却剤３０は、流動性及び熱伝導性を有している。特に、冷却剤３０は、空気よりも高い熱伝導率を有している。空気よりも高い熱伝導率とは、同じ圧力且つ同じ温度での環境下で測定された場合に冷却剤３０の熱伝導率が空気よりも高いことを意味する。冷却剤３０は、ハウジング１６とコイル部２０との間に位置している。より詳細には、冷却剤３０は、カバー１８の内面と、保持部材２２の表面及び側面と、で囲まれた領域内に位置している。冷却剤３０は、例えばカバー１８に設けられた孔部（図示省略）を通じてハウジング１６とコイル部２０の間に封入される。冷却剤３０は、円滑な流動が可能な程度の容量でハウジング１６とコイル部２０との間に封入されている。冷却剤３０は、円滑な流動が可能であれば、ハウジング１６とコイル部２０との間の全域に封入（充填）されていてもよいし、一部に封入されていてもよい。

冷却剤３０は、冷却流体３１と、冷却流体３１に混入された磁性粉末３２と、を含んでいる。冷却流体３１としては、例えば絶縁油が好ましい。絶縁油は、電気伝導性が極めて低いため、導線２１への悪影響を抑制することができる。なお、冷却流体３１は、これに限られず、流動性及び熱伝導性を有する流体であればよい。冷却流体３１は、例えば、水、液体アンモニア等の液体、もしくはアンモニア、メタン等の気体であってもよい。冷却流体３１が、水のように電気を通す物質である場合、導線２１は、例えば、絶縁物で被膜される。コイル装置５は、冷却流体３１として液体を用いた場合には、外部からの衝撃の吸収性に優れ、気体と比べて外圧の変化による膨張及び収縮も抑制される。

磁性粉末３２は、磁性を有する粉末である。「粉末」とは、例えば直径数ｎｍ〜数百μｍ程度の粉体であって、「粒子」又は「粒」であってもよい。磁性粉末３２の熱伝導率は、冷却流体３１の熱伝導率に比べて高くても低くてもよく、同程度であってもよい。磁性粉末３２は、本体部分３２ａと、本体部分３２ａの外周面を覆う外層３２ｂと、を含んでいる。本体部分３２ａとしては、例えばフェライト等の材料が用いられる。外層３２ｂは、冷却流体３１との間の親和性を低下させる表面処理が施された層である。言い換えると、磁性粉末３２には、冷却流体３１との間の親和性を低下させる表面処理が施されている。冷却流体３１として油（絶縁油）が用いられる場合、磁性粉末３２には、親水性を与える表面処理が施される。冷却流体３１として水が用いられる場合、磁性粉末３２には、疎水性を与える表面処理が施される。

受電側のコイル装置６は、上述したように、車両２に設けられている。コイル装置６は、コイル装置５と同様の構成を有している。すなわち、コイル装置６は、平板状のコイル部４０と、コイル部４０が載置された平板状の磁性部材６１と、コイル部４０及び磁性部材６１を収容するハウジング６２と、ハウジング６２内に位置する冷却剤５０と、を備えている。

コイル部４０は、導線４１と、導線４１を表面側で保持する保持部材４２と、を含んでいる。保持部材４２は、例えば矩形平板状であり、保持部材４２の表面は、コイル装置５側に向けられている。導線４１は、保持部材４２の表面側において平面渦巻状に巻回されている。ハウジング１６は、例えば扁平な直方体状であって、平板状のベース６３と、コイル部４０を覆うカバー６４と、を含んでいる。冷却剤５０は、冷却流体５１と、冷却流体５１に混入された磁性粉末５２と、を含んでいる。冷却剤５０（すなわち、冷却流体５１及び磁性粉末５２）は、冷却剤３０と同じ構成を有していてもよいし、異なる構成を有していてもよい。なお、各構成要素の更なる詳細な説明は、コイル装置５の各構成要素の説明と重複するため、省略する。

このように構成された非接触給電システム１では、電源部１０によって、コイル装置５の導線２１に電流が流れると、導線２１の電気抵抗により導線２１から熱が発生する。導線２１で発生した熱は、保持部材２２に伝達され、その後、冷却剤３０を介してハウジング１６外に放熱される。

また、導線２１に電流が流れると、コイル部２０に磁束が発生する。コイル部２０からの磁束は、巻軸Ｌ１近傍に存在するコイル部２０の磁極から、巻軸Ｌ２近傍に存在するコイル部４０の磁極に向かって延び、コイル装置６のコイル部４０に鎖交する。これにより、コイル部２０，４０同士が電磁気的に結合する。このとき、コイル部４０の導線４１には、電流（例えば誘導電流）が流れる。コイル装置５のコイル部２０を流れる電流の位相と、コイル装置６のコイル部４０を流れる電流の位相とは、互いに異なり得る。導線４１に電流が流れると、導線４１から熱が発生する。導線４１で発生した熱は、保持部材４２に伝達され、その後、冷却剤５０を介してハウジング６２外に放熱される。

以上説明したように、コイル装置５，６は、ハウジング１６，６２内に位置し、流動性及び熱伝導性を有する冷却剤３０，５０を備えている。コイル装置５，６のコイル部２０,４０（具体的には導線２１，４１）に電流が流れると、コイル部２０,４０でそれぞれ熱が発生する。コイル部２０,４０で発生した熱は、冷却剤３０，５０を介してハウジング１６，６２外に放熱される。よって、コイル部２０，４０（具体的には導線２１，４１）の冷却効率を向上させることができる。

また、冷却剤３０，５０は、流動性を有している。冷却剤３０，５０は、例えばハウジング内の面に塗布されて流動性を有しないような熱伝導性の絶縁樹脂等とは相違する。導線２１，４１で熱が発生すると、冷却剤３０，５０は温められる。このとき、冷却剤３０，５０は、温度差に起因する自然対流によってハウジング１６，６２内をそれぞれ移動する。これにより、温められた冷却剤３０，５０がコイル部２０，４０に近い側で留まり続けず、温められていない冷却剤３０，５０がコイル部２０，４０に近い側へ移動する。この結果、コイル部２０，４０の冷却効率を向上させることができる。

また、冷却剤３０，５０は、冷却流体３１，５１と、冷却流体３１，５１に混入された磁性粉末３２，５２と、を含んでいる。磁性粉末３２，５２の熱伝導率は、冷却流体３１，５１の熱伝導率に比べて高い場合がある。冷却剤３０，５０が、このような磁性粉末３２，５２を含むことにより、冷却剤３０，５０の熱伝導性が向上する。よって、コイル部２０，４０の冷却効率を一層向上させることができる。

また、コイル装置５の磁性粉末３２は、非接触給電中において、巻軸Ｌ１近傍に存在するコイル部２０の磁極に引っ張られて、コイル部２０，４０間の磁束経路上に位置する。同様に、コイル装置６の磁性粉末５２は、非接触給電中において、巻軸Ｌ２近傍に存在するコイル部４０の磁極に引っ張られて、コイル部２０，４０間の磁束経路上に位置する。磁性粉末３２，５２が磁束経路上に位置することで、磁束経路がその分短くなる。このため、コイル部２０からの磁束は、コイル部４０に一層鎖交しやすくなる。すなわち、コイル部２０，４０間の結合係数を上げることができる。この結果、電力伝送性能を向上させることができる。

また、磁性粉末３２，５２には、冷却流体３１，５１との間の親和性を低下させる表面処理が施されている。これにより、磁性粉末３２同士及び磁性粉末５２同士の凝集が抑制されて磁性粉末３２，５２に渦電流が流れにくくなる。この結果、磁性粉末３２，５２自体の発熱が抑制される。

また、各コイル装置５，６の各コイル部２０，４０に電流が流れると、各コイル装置５，６によってそれぞれ磁界が発生し、勾配のついた磁界中に存在する磁性粉末３２，５２には磁気力が発生する。非接触給電システム１では、コイル部２０，４０に流れる電流の位相が互いに異なること、又は、これらの電流が発生させる磁界の勾配の方向と大きさが互いに異なることにより、磁性粉末３２，５２に作用する磁気力に差分が生じ、各コイル装置５，６間に磁気勾配が生じる。磁気勾配の向きは、各導線２１，４１に流れる電流（交流電流）の周期に伴って各コイル装置５，６間で繰り返し反転する。磁性粉末３２，５２は、磁気力が強い側のコイル装置５，６に引っ張られるため、電流の周期に伴って引っ張られる方向が繰り返し反転する。このため、磁性粉末３２，５２の移動方向が変化し、磁性粉末３２，５２は例えば振動する。磁性粉末３２，５２の移動により、冷却剤３０，５０が撹拌される。これにより、温められた冷却剤３０，５０がコイル部２０，４０に近い側で留まり続けず、温められていない冷却剤３０，５０が保持部材に近い側へ移動する。よって、コイル部２０，４０の冷却効率を向上させることができる。

また、非接触給電システム１では、送電側のコイル装置５に供給する電流の周波数を、非接触給電用の第１周波数と第１周波数よりも小さい第２周波数との間で切替え可能である電源部１０を備えている。第２周波数の電流をコイル装置５に供給した場合、各コイル装置５，６間に生じる磁気勾配の向きが反転するタイミングは、第１周波数の電流をコイル装置５に供給した場合と比べて遅くなり、磁性粉末３２，５２が引っ張られる方向が反転するタイミングも遅くなる。つまり、電流の周波数を第２周波数に切り替えることにより、第１周波数の場合と比べて、磁性粉末３２，５２の移動距離が長くなる。これにより、冷却流体３１，５１の移動距離も長くなるので、冷却剤３０，５０が一層撹拌される。よって、コイル部２０，４０の冷却効率を一層向上させることができる。

ここで、コイル装置５，６に位置ずれが生じている場合について説明する。コイル装置５，６に位置ずれが生じている場合とは、図４に示されるように、コイル装置５，６が、巻軸Ｌ１，Ｌ２と直交する方向に互いにずれている場合である。コイル装置５，６の一部同士は、巻軸Ｌ１，Ｌ２方向から見て互いに重なっている。この場合においても、コイル部２０からの磁束は、巻軸Ｌ１近傍に存在するコイル部２０の磁極から、巻軸Ｌ２近傍に存在するコイル部４０の磁極に向かって延び、コイル装置６のコイル部４０に鎖交する。しかしながら、コイル部２０，４０間の磁束経路は、コイル装置５，６に位置ずれが生じていない場合と比べて長くなる。

各コイル装置５，６の各導線２１，４１に電流が流れると、各コイル装置５，６によってそれぞれ磁界が発生し、勾配のついた磁界中に存在する磁性粉末３２，５２には磁気力が発生する。非接触給電システム１では、コイル部２０，４０に流れる電流の位相が互いに異なること、又は、これらの電流が発生させる磁界の勾配の方向と大きさが互いに異なることにより、磁性粉末３２，５２に作用する磁気力に差分が生じ、各コイル装置５，６間に磁気勾配が生じる。コイル装置５では、巻軸Ｌ１と直交する方向において、コイル装置６に近い側ほど磁気力が大きくなり、コイル装置６から遠い側ほど磁気力が小さくなる。また、コイル装置６では、巻軸Ｌ２と直交する方向において、コイル装置５に近い側ほど磁気力が大きくなり、コイル装置５から遠い側ほど磁気力が小さくなる。この結果、コイル装置５の磁性粉末３２は、磁束経路を含んでコイル装置６側に寄り、コイル装置６の磁性粉末５２は、磁束経路を含んでコイル装置５側に寄る。磁性粉末３２，５２が磁束経路上に位置することで、磁束経路がその分短くなる。すなわち、コイル部２０からの磁束経路は、磁性粉末３２が存在する領域と、磁性粉末５２が存在する領域との分だけ短くなる。このように、磁性粉末３２，５２が存在することにより、コイル部２０からの磁束は、コイル部４０に鎖交しやすくなる。すなわち、コイル部２０，４０間の結合係数の低下が抑制され、この結果、電力伝送性能の低下を抑制することができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。

例えば、図５及び図６に示されるように、コイル装置５Ａは、巻回された導線２１の巻軸Ｌ１を取り囲み、冷却流体３１の通過を許容すると共に磁性粉末３２の通過を制限する制限部材７１を更に備えていてもよい。

制限部材７１は、保持部材２２の表面とカバー１８の内面の間に位置している。制限部材７１は、図６に示されるように、略矩形環状の部材である。制限部材７１は、巻軸Ｌ１方向から見て、巻回された導線２１を取り囲むように、最外周をなす４つの延在部２１ａの周囲に延在している。制限部材７１としては、例えばフィルタ等が用いられる。磁性粉末３２は、制限部材７１の外側に存在している。制限部材７１は、フィルタの孔の口径を磁性粉末３２の大きさよりも小さくすることにより、巻軸Ｌ１側への磁性粉末３２の移動を制限する。また、制限部材７１は、フィルタの孔の口径を冷却流体３１の粒子の大きさよりも大きくすることにより、冷却流体３１の通過を許可する。

これにより、巻回された導線２１の巻軸Ｌ１近傍に存在する磁極から磁性粉末３２を遠ざけることができる。このため、コイル装置５Ａの一方の磁極から生じた磁束が、磁性粉末３２の影響によって、コイル装置６を経由せずにコイル装置５Ａの他方の磁極に戻ってしまう、ということ（いわゆる磁束の自己リターン）を抑制することができる。このため、コイル装置５Ａのコイル部２０からの磁束は、コイル装置６のコイル部４０に一層鎖交しやすくなる。すなわち、コイル部２０，４０間の結合係数を上げることができる。この結果、電力伝送性能を向上させることができる。

なお、制限部材７１は、巻軸Ｌ１方向から見て、巻回された導線２１を取り囲むように、最外周をなす４つの延在部２１ａの周囲に延在していることとしたが、制限部材７１は、磁束の自己リターンが許容範囲内であれば、更に巻軸Ｌ１側に配置されていてもよい。また、制限部材７１は、より確実に磁束の自己リターンを抑制するために保持部材２２の周縁部近傍まで近づけて配置してもよい。

また、上記実施形態では、冷却剤３０，５０は、ハウジング１６とコイル部２０との間、及びハウジング６２とコイル部４０との間に位置していることとしたが、ハウジング１６，６２内であれば、いずれの箇所に位置していてもよい。例えば、図７の（ａ）に示されるように、コイル部２０の保持部材２３の内部に設けられていてもよい。保持部材２３は、保持部材２３の表面側に開放された溝部２３ａを含んでいる。導線２１と絶縁性を有する管８１とは、溝部２３ａの深さ方向に隣り合うように、互いに接触して溝部２３ａに収容されている。管８１内には、冷却剤３０が収容されている。これにより、導線２１で生じた熱は、管８１を介して素早く冷却剤３０に伝達される。よって、コイル部２０の冷却効率を一層向上させることができる。なお、導線２１が絶縁物で被膜されていれば、管８１は、絶縁性を有していなくてもよい。

また、図７の（ｂ）に示されるように、冷却剤３０は、コイル部２０の保持部材２４の内部に設けられていてもよい。保持部材２４は、保持部材２４の表面側に開放された溝部２４ａを含んでいる。導線２１と絶縁性を有する管８１とは、保持部材２４の表面と平行な方向に隣り合うように、互いに接触して溝部２４ａに収容されている。管８１内には、冷却剤３０が収容されている。これにより、導線２１で生じた熱は、管８１を介して素早く冷却剤３０に伝達される。よって、コイル部２０の冷却効率を一層向上させることができる。なお、導線２１が絶縁物で被膜されていれば、管８１は、絶縁性を有していなくてもよい。

また、冷却剤３０は、磁性部材１５の内部に位置していてもよい。この場合、導線２１で生じた熱は、保持部材２２及び磁性部材１５を介して冷却剤３０に伝達される。導線２１からの熱は冷却剤３０に直接伝わるわけではないが、熱の伝達経路に空気が介在しない、又はほとんど介在しない。よって、コイル部２０の冷却効率を向上させることができる。また、導線２１を中空とし、導線２１の内部に冷却剤３０を位置させてもよい。

また、上記実施形態では、コイル装置５のコイル部２０を流れる電流の位相と、コイル装置６のコイル部４０を流れる電流の位相とは、互いに異なり得ることとしたが、コイル部２０を流れる電流とコイル部４０を流れる電流とにおいて、位相及び振幅の少なくとも一方が互いに異なっていればよい。この場合も、上記と同様、各コイル装置５，６間に磁気勾配が生じるため、磁性粉末３２，５２の移動方向が変化し、この結果、冷却剤３０，５０が撹拌される。したがって、コイル部２０，４０の冷却効率を向上させることができる。

また、上記実施形態では、コイル装置５，６は、同様の構成を有していることとしたが、例えば、コイル装置５のみ、または、コイル装置６のみに本発明の構成を適用してもよい。たとえば、送電側であるコイル装置５のみに冷却剤３０が設けられる場合には、送電側のコイル部２０の冷却効率を向上させることができる。受電側であるコイル装置６のみに冷却剤５０が設けられる場合には、受電側のコイル部４０の冷却効率を向上させることができる。コイル装置５およびコイル装置６のいずれか一方に、磁性粉末（磁性粉末３２または磁性粉末５２）を含む冷却剤が設けられる場合には、磁気勾配の向きの反転に伴い、そのいずれか一方のコイル装置において、磁性粉末の移動方向が変化する。さらに、コイル装置５に供給する電流の周波数を第１周波数と第２周波数とに切り替える場合には、そのいずれか一方のコイル装置において、磁性粉末の移動距離が長くなる。これらの作用が生じることにより、いずれか一方のコイル装置において、コイル部の冷却効率を一層向上させることができる。磁性粉末の通過を制限する制限部材は、受電側のコイル装置のみに設けられてもよく、送電側および受電側の両方のコイル装置に設けられてもよい。

上記実施形態では、サーキュラー型のコイル部２０，４０としたが、これに限られない。例えば、導線を三次元空間的に螺旋状に巻回したソレノイド型のコイル部であってもよい。この場合、導線を保持する保持部材の形状は、扁平な四角筒状、円筒状、楕円筒状等のいずれであってもよい。

上記実施形態では、冷却剤３０，５０は、ハウジング１６，６２内に位置することとしたが、ハウジング１６，６２の内外を流通していてもよい。例えば、図７に示す管８１をハウジング１６，６２の外側まで延ばし、ハウジング１６の内外で冷却剤３０，５０を循環させてもよい。

また、二枚の金属板と、その間に設けられた金属電極及び半導体と、を含むペルチェ素子が設けられていてもよい。この場合、送電側のコイル装置５の冷却剤３０に一方の金属板を間接的又は直接的に接触させる。すると、熱を吸収した冷却剤３０から熱が一方の金属板に伝わる。他方の金属板は、周囲環境にさらす。これにより、２枚の金属板間に温度差が生まれ、ゼーベック効果を利用した発電が行われる。よって、熱エネルギーを電気エネルギーに変換でき、エネルギーの有効活用が可能になる。

また、上記実施形態では、コイルシステムのうち、非接触給電システムに本発明を適用した場合について説明したが、非接触給電システムに限定されるものではなく、例えば、誘導加熱システム、又は渦流探傷システム等のコイルシステムに本発明を適用してもよい。

１ 非接触給電システム
２ 車両
３ 送電装置
４ 受電装置
５ コイル装置
６ コイル装置
７ 受電回路
８ 充電回路
９ バッテリ
１０ 電源部
１１ 外部電源
１２ 整流回路
１３ 送電回路
１４ 制御部
１５ 磁性部材
１６ ハウジング
１７ ベース
１８ カバー
２０ コイル部
２１ 導線
２２ 保持部材
２３ 保持部材
２４ 保持部材
３０ 冷却剤
３１ 冷却流体
３２ 磁性粉末
３２ａ 本体部分
３２ｂ 外層
４０ コイル部
４１ 導線
４２ 保持部材
５０ 冷却剤
５１ 冷却流体
５２ 磁性粉末
６１ 磁性部材
６２ ハウジング
６３ ベース
６４ カバー
７１ 制限部材
８１ 管
Ｌ１ 巻軸（中心軸）

Claims (5)

1. 導線と、前記導線を保持する保持部材とを含むコイル部と、
   前記コイル部を収容するハウジングと、
   前記ハウジング内に位置し、流動性及び熱伝導性を有する冷却剤と、を備え、
   前記冷却剤は、冷却流体と、前記冷却流体に混入された磁性粉末と、を含み、
   前記保持部材は、非磁性かつ絶縁性の材料で形成されており、
   前記コイル部の前記導線は、前記保持部材において平面渦巻状に巻回され、
   巻回された前記導線の中心軸を取り囲み、前記冷却流体の通過を許容すると共に前記磁性粉末の通過を制限する制限部材を更に備え、
   前記磁性粉末は、前記制限部材の外側に存在しており、
   前記制限部材は、前記中心軸側への前記磁性粉末の移動を制限する、コイル装置。
2. 前記磁性粉末には、前記冷却流体との間の親和性を低下させる表面処理が施されている、請求項１に記載のコイル装置。
3. 請求項１または２に記載のコイル装置と、
   他のコイル部を含む他のコイル装置と、を備え、
   前記コイル装置の前記コイル部を流れる電流と前記他のコイル装置の前記他のコイル部を流れる電流とにおいて、位相及び振幅の少なくとも一方が互いに異なる、コイルシステム。
4. 前記コイル装置と前記他のコイル装置との間で非接触給電を行うコイルシステムであって、
   送電側である前記コイル装置に接続されており、前記コイル装置に供給する電流の周波数を、非接触給電用の第１周波数と前記第１周波数よりも小さい第２周波数との間で切替え可能である電源部を更に備える、請求項３に記載のコイルシステム。
5. 前記コイル装置と前記他のコイル装置との間で非接触給電を行うコイルシステムであって、
   送電側である前記他のコイル装置に接続されており、前記他のコイル装置に供給する電流の周波数を、非接触給電用の第１周波数と前記第１周波数よりも小さい第２周波数との間で切替え可能である電源部を更に備える、請求項３に記載のコイルシステム。

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