JP2016021796A - 給電コイルユニット - Google Patents

Abstract

【課題】非接触にて電力を給電する際に生じる漏洩電磁界を低減しつつ、受電コイルの位置に応じた最適な給電動作が可能な給電コイルユニットを提供すること。【解決手段】給電コイルユニットＬ１は、少なくとも３つのコイルが整列配置されてなる給電側コイル部Ｌ１０と、給電側コイル部Ｌ１０を構成するコイルから一対または複数対のコイルを選択して直列に接続するとともに、対になるコイルが発生する磁界の向きが互いに逆向きになるように当該対になるコイルの接続を切り替えるコイル切り替え部ＳＷと、を備え、コイル切り替え部ＳＷは、隣接配置される対になるコイルの組み合わせまたは間に単一のコイルのみを介して配置される対になるコイルの組み合わせから選択する。【選択図】図２

Description

本発明は、給電コイルユニットに関する。

電源コードを用いずに電力を供給する非接触電力伝送技術が注目されつつある。例えば、この非接触電力伝送技術を応用して、電気自動車の車両下部に受電コイル（受電側）を具備して、地上側の給電コイル（給電側）から非接触で大電力（例えば数〔ｋＷ〕〜数１０〔ｋＷ〕）を伝送し、電気自動車に搭載されたバッテリーを充電する非接触充電装置の開発が活発化してきている。

この非接触電力伝送技術では、給電コイルから発生する交流磁界を利用して電力伝送が行われるが、交流磁界を利用した電力伝送では、給電コイルから発生する交流磁界の一部が漏洩電磁界となり、この漏洩電磁界が他の電気機器、例えばラジオ等の雑音の原因になり得る。

上記問題を解決するため、例えば特許文献１には、給電側または受電側に組み込まれるコイルユニットを、直列に接続された複数のコイルで構成したものが提案されている。このコイルユニットでは、隣り合って配置された２つのコイルに発生する磁界（磁束）の向きが、互い逆向きになるようにコイルユニットが構成されている。そして、この２つのコイルに発生する磁界（磁束）の向きを互い逆向きにすることにより、漏洩電磁界を低減させている。

特開２０１１−２３４４９６号公報

ところで、非接触にて電力を伝送する場合、給電コイルと受電コイルの位置ずれが大きいと電力伝送効率が低下してしまう。しかしながら、特許文献１に開示される技術では、給電側のコイルユニットと受電側のコイルユニットとの位置ずれによる電力伝送効率の低下の抑制に関する検討が何ら行われておらず、受電側コイルユニットの位置に応じた最適な給電動作が難しいという問題があった。

そこで、本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、非接触にて電力を給電する際に生じる漏洩電磁界を低減しつつ、受電コイルの位置に応じた最適な給電動作が可能な給電コイルユニットを提供することを目的とする。

本発明に係る給電コイルユニットは、受電装置に非接触で電力を給電する給電コイルユニットであって、少なくとも３つのコイルが整列配置されてなる給電側コイル部と、給電側コイル部を構成するコイルから一対または複数対のコイルを選択して直列に接続するとともに、対になるコイルが発生する磁界の向きが互いに逆向きになるように当該対になるコイルの接続を切り替えるコイル切り替え部と、を備え、コイル切り替え部は、隣接配置される対になるコイルの組み合わせまたは間に単一のコイルのみを介して配置される対になるコイルの組み合わせから選択することを特徴とする。

本発明によれば、給電側コイル部を構成するコイルから選択された対になるコイルが発生する磁界の向きが互いに逆向きになるように当該対になるコイルの接続を切り替えるコイル切り替え部を備えている。このように、給電側コイル部を構成するコイルから選択された対になるコイルが発生する磁界の向きを互いに逆向きとすることにより、漏洩電磁界を低減させることができる。また、本発明に係る給電コイルユニットでは、コイル切り替え部が隣接配置される対になるコイルの組み合わせまたは間に単一のコイルのみを介して配置される対になるコイルの組み合わせから選択している。そのため、位置ずれが生じない場合は隣接配置される対になるコイルの組み合わせを選択し、位置ずれが生じた場合は間に単一のコイルのみを介して配置される対になるコイルの組み合わせを選択することで、いずれの場合であっても受電コイルの位置に応じた最適な給電動作が可能となる。

好ましくは、給電側コイル部において、隣接するコイル同士が巻線幅の０．５倍から、巻線幅の１．５倍の範囲で重なり合うように配置されているとよい。この場合、コイルの巻線幅をＷとすると、コイル同士を０．５×Ｗ以上に重ね合わせることにより、隣接するコイル同士の距離が接近するため、コイル同士の結合状態を高めることができる。また、コイル同士を１．５×Ｗ以下に重ね合わせることにより、隣接するコイル同士の間における磁界の相殺が抑制される。したがって、非接触にて電力を給電する際に、高い電力伝送効率を実現することができる。

本発明によれば、非接触にて電力を給電する際に生じる漏洩電磁界を低減しつつ、受電コイルの位置に応じた最適な給電動作が可能な給電コイルユニットを提供することができる。

本発明に係る給電コイルユニットが適用される非接触電力伝送装置を負荷とともに示す概略図である。 本発明の好適な実施形態に係る給電コイルユニットが適用される非接触電力伝送装置を示す模式構成図である。 本発明の好適な実施形態に係る給電コイルユニットを示す上面図である。 給電動作を説明するための非接触電力伝送装置を示す概略図である。 給電動作を説明するための非接触電力伝送装置を示す概略図である。 給電動作を説明するための非接触電力伝送装置を示す概略図である。 給電動作を説明するための非接触電力伝送装置を示す概略図である。 給電動作を説明するための非接触電力伝送装置を示す概略図である。

本発明を実施するための形態につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、説明において、同一要素また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、本発明の好適な実施形態に係る給電コイルユニットＬ１の説明をする前に、図１を参照して、本発明の好適な実施形態に係る給電コイルユニットＬ１が適用される非接触電力伝送装置Ｓ１の全体構成について説明する。図１は、本発明の好適な実施形態に係る給電コイルユニットが適用される非接触電力伝送装置を負荷とともに示す概略図である。

非接触電力伝送装置Ｓ１は、図１に示されるように、給電装置１００と、受電装置２００と、を有する。ここでは、非接触電力伝送装置Ｓ１を電気自動車などの移動体への給電設備に適用した例を用いて説明する。

給電装置１００は、電源ＶＧ、電力変換回路ＩＮＶ、給電コイルユニットＬ１を有する。電源ＶＧは、後述する電力変換回路ＩＮＶに直流電力を供給する。電源ＶＧ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などのスイッチング電源などが挙げられる。

電力変換回路ＩＮＶは、電源ＶＧから供給される入力直流電力を交流電力に変換して、後述する給電コイルユニットＬ１に供給する。すなわち、電力変換回路ＩＮＶはインバータとして機能することとなる。電力変換回路ＩＮＶとしては、例えば図示しない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。このスイッチング回路を構成するスイッチング素子としては、例えばＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ−Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＩＢＧＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの素子が挙げられる。

給電コイルユニットＬ１は、電力変換回路ＩＮＶから供給される交流電力を後述する受電装置２００に非接触にて給電する給電部としての機能を果たす。この給電コイルユニットＬ１は地中または地面近傍に配設されることとなる。なお、給電コイルユニットＬ１の具体的な構成については後述する。

受電装置２００は、受電コイルユニットＬ２と、整流回路ＲＥＣと、を有する。本実施形態のように、非接触電力伝送装置Ｓ１を電気自動車などの移動体への給電設備に適用する場合、受電装置２００は移動体に搭載される。ここで、受電装置２００が搭載される移動体としては、二次電池の電力を利用する電気自動車やハイブリッド自動車が挙げられる。

受電コイルユニットＬ２は、給電コイルユニットＬ１から給電された交流電力を非接触にて受電する受電部としての機能を果たす。この受電コイルユニットＬ２は電気自動車の車両下部に搭載されることとなる。

整流回路ＲＥＣは、受電コイルユニットＬ２が受電した交流電力を直流電力に整流して負荷Ｒに出力する。整流回路ＲＥＣは、例えば図示しないブリッジダイオードと平滑用キャパシタで構成される。ブリッジダイオードにより、受電コイルユニットＬ２から出力された交流電圧は全波整流され、さらに、平滑用キャパシタにより、全波整流された電圧が平滑化される。ここで、負荷Ｒとしては、非接触電力伝送装置Ｓ１を電気自動車などの移動体への給電設備に適用した場合、移動体に搭載される充電器（図示しない）とバッテリー（図示しない）から構成される。充電器は、整流回路ＲＥＣにより整流された直流電力をバッテリーに対して定電流定電圧充電（ＣＣＣＶ充電）を行うように充電を制御する機能を果たし、バッテリーとしては、電力を蓄える機能を有していれば特に制限されず、例えば二次電池（リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッケル水素電池など）や容量素子（電気二重層キャパシタなど）が挙げられる。

このような構成を備えることにより、給電装置１００の給電コイルユニットＬ１から受電装置２００の受電コイルユニットＬ２に非接触にて電力が伝送される非接触電力伝送装置Ｓ１が実現される。

次に、図２及び図３を参照して、本発明の好適な実施形態に係る給電コイルユニットＬ１と受電コイルユニットＬ２の構成について詳細に説明する。図２は、本発明の好適な実施形態に係る給電コイルユニットが適用される非接触電力伝送装置を示す模式構成図である。図３は、本発明の好適な実施形態に係る給電コイルユニットを示す上面図である。

給電コイルユニットＬ１は、図２に示されるように、給電側コイル部Ｌ１０と、給電側共振キャパシタＣ１と、コイル切り替え部ＳＷと、を有する。

給電側コイル部Ｌ１０は、４つの給電コイルＬ１０ａ〜Ｌ１０ｄから構成されており、給電コイルＬ１０ａと給電コイルＬ１０ｂが隣接し、給電コイルＬ１０ｂと給電コイルＬ１０ｃが隣接し、給電コイルＬ１０ｃとＬ１０ｄが隣接するように１列に整列配置されている。給電コイルＬ１０ａ〜Ｌ１０ｄは、図３に示されるように、それぞれ略長方形を呈しており、銅やアルミニウムなどの金属線を数回から１０回程度巻回されて構成されている。すなわち、給電コイルＬ１０ａ〜Ｌ１０ｄは、平面状に形成されたいわゆるスパイラル構造のコイルである。以下、このスパイラル構造のコイルの最内周の巻線から最外周の巻線までの幅を巻線幅Ｗという。なお、給電コイルＬ１０ａ〜Ｌ１０ｄの各巻線幅Ｗ同士は同一であると好ましい。また、平面状に形成されたスパイラル構造のコイルは、厳密な平面である必要はなく、多少湾曲していてもよい。またさらには、給電コイルＬ１０ａ〜Ｌ１０ｄは、それぞれ巻線が層状に巻回されたコイルであっても良く、外形形状は長方形の他に正方形、円、楕円を呈していても良い。

４つの給電コイルＬ１０ａ〜Ｌ１０ｄは、図３に示されるように、隣接するコイル同士が部分的に重なり合うように配置されており、コイルの外縁が重なり合う範囲としては、０．５×Ｗ（巻線幅の０．５倍）から１．５×Ｗ（巻線幅の１．５倍）の範囲であることが好ましい。つまり、隣接するコイル同士は、巻線幅の半分以上が重なり合っていることが好ましい。この場合、隣接するコイルの外縁同士が重なり合う範囲を０．５×Ｗ以上（巻線幅の０．５倍以上）とすることで、隣接するコイル同士の結合状態が高められるため、発生する磁束量を増大させることができる。しかし、隣接するコイル同士が重なり合う範囲が増加し過ぎると隣接するコイル同士で相殺される磁束量が増大してしまうため、隣接するコイルの外縁同士が重なり合う範囲は１．５×Ｗ以下（巻線幅の１．５倍以下）であることが好ましい。なお、給電コイルＬ１０ａ〜Ｌ１０ｄの外形形状が、円あるいは楕円の場合は、コイル同士の重なり合う範囲が最大となる部分が０．５×Ｗから１．５×Ｗの範囲となればよい。

給電側共振キャパシタＣ１は、４つの給電コイルＬ１０ａ〜Ｌ１０ｄから後述するコイル切り替え部ＳＷによって選択された給電コイルと共振回路を形成する。本実施形態では、給電側共振キャパシタＣ１は、後述するコイル切り替え部ＳＷによって選択された給電コイルと直列接続するように構成されているがこれに限られるものではなく、並列接続するように構成してもよい。

コイル切り替え部ＳＷは、給電側コイル部Ｌ１０を構成する４つの給電コイルＬ１０ａ〜Ｌ１０ｄのうち、２つの給電コイル（一対の給電コイル）を選択して直列に接続する機能を有する。図２に示されている例では、給電コイルＬ１０ｂと給電コイルＬ１０ｃが選択されて直列に接続されている。ここで、コイル切り替え部ＳＷによって選択される対になるコイルとしては、隣接配置される対になるコイルの組み合わせと、間に単一のコイルのみを介して配置される対になるコイルの組み合わせがある。具体的には、隣接配置される対になるコイルの組み合わせとしては、図２に示される例では、給電コイルＬ１０ａと給電コイルＬ１０ｂ、給電コイルＬ１０ｂと給電コイルＬ１０ｃ、給電コイルＬ１０ｃと給電コイルＬ１０ｄの３種類がある。同様に、間に単一のコイルのみを介して配置される対になるコイルの組み合わせとしては、図２に示される例では、給電コイルＬ１０ａと給電コイルＬ１０ｃ、給電コイルＬ１０ｂと給電コイルＬ１０ｄの２種類がある。コイル切り替え部ＳＷは、これらのコイルの組み合わせから、受電コイルの位置に応じて最適な給電動作が可能な組み合わせを選択する。なお、ここで言う最適な給電動作とは、例えば電力伝送効率が最も高くなることが挙げられる。

また、コイル切り替え部ＳＷは、選択された２つの給電コイルＬ１０ｂ，Ｌ１０ｃが発生する磁界の向きが互いに逆向きになるように駆動される。つまり、選択された２つの給電コイルＬ１０ｂ，Ｌ１０ｃが発生する磁界の向きが互いに逆向きになるように２つの給電コイルＬ１０ｂ，Ｌ１０ｃの接続が切り替えられる。この接続切り替えは、コイル切り替え部ＳＷによって行われる。例えば、２つの給電コイルＬ１０ｂ，Ｌ１０ｃの巻回方向が逆向きの場合は、給電コイルＬ１０ｂの巻線終端と給電コイルＬ１０ｃの巻線始端を接続すればよく、２つの給電コイルＬ１０ｂ，Ｌ１０ｃの巻回方向が同じ向きの場合は、給電コイルＬ１０ｂの巻線始端と給電コイルＬ１０ｃの巻線始端を接続すればよい。このように接続された２つの給電コイルＬ１０ｂ，Ｌ１０ｃが電力変換回路ＩＮＶにより駆動されると、一方の給電コイルＬ１０ｂが給電コイルユニットＬ１から受電コイルユニットＬ２（又は受電コイルユニットＬ２から給電コイルユニットＬ１）に向かう方向の磁界を発生させたときに、他方の給電コイルＬ１０ｃが受電コイルユニットＬ２から給電コイルユニットＬ１（又は給電コイルユニットＬ１から受電コイルユニットＬ２）に向かう方向の磁界を発生させる。なお、本実施形態では、コイル切り替え部ＳＷによって、一対の給電コイルが選択されているが受電コイルの数に応じて複数対の給電コイルを選択してもよい。この場合であっても、選択された複数対の給電コイルのそれぞれの一対の給電コイルは直列に接続されるとともに、互いに発生する磁界の向きが逆向きになるように接続が切り替えられる。

このようなコイル切り替え部ＳＷは、図２に示されるように、複数のスイッチＳＷ１〜ＳＷ１１から構成されている。より具体的には、スイッチＳＷ１は、一方の端子が給電側共振キャパシタＣ１に接続され、他方の端子が給電コイルＬ１０ａの巻線始端に接続されている。スイッチＳＷ２は、一方の端子が給電コイルＬ１０ａの巻線終端に接続され、他方の端子が給電コイルＬ１０ｂの巻線始端に接続されている。スイッチＳＷ３は、一方の端子が給電コイルＬ１０ｂの巻線始端に接続され、他方の端子が電力変換回路ＩＮＶに接続されている。スイッチＳＷ４は、一方の端子が給電コイルＬ１０ａの巻線終端に接続され、他方の端子が給電コイルＬ１０ｃの巻線終端に接続されている。スイッチＳＷ５は、一方の端子が給電コイルＬ１０ｃの巻線始端に接続され、他方の端子が電力変換回路ＩＮＶに接続されている。スイッチＳＷ６は、一方の端子が給電コイルＬ１０ｂの巻線始端に接続され、他方の端子が給電側共振キャパシタＣ１に接続されている。スイッチＳＷ７は、一方の端子が給電コイルＬ１０ｂの巻線終端に接続され、他方の端子が給電コイルＬ１０ｃの巻線終端に接続されている。スイッチＳＷ８は、一方の端子が給電コイルＬ１０ｂの巻線終端に接続され、他方の端子が給電コイルＬ１０ｄの巻線終端に接続されている。スイッチＳＷ９は、一方の端子が給電コイルＬ１０ｄの巻線始端に接続され、他方の端子が電力変換回路ＩＮＶに接続されている。スイッチＳＷ１０は、一方の端子が給電コイルＬ１０ｃの巻線始端に接続され、他方の端子が給電側共振キャパシタＣ１に接続されている。スイッチＳＷ１１は、一方の端子が給電コイルＬ１０ｃの巻線始端に接続され、他方の端子が給電コイルＬ１０ｄの巻線終端に接続されている。このようなスイッチＳＷ１〜ＳＷ１１としては、例えば半導体スイッチやメカニカルなリレーなどが挙げられる。本実施形態では、ＳＷ１〜ＳＷ１１は、２端子からなるメカニカルなリレーで構成されている。

このような構成を備えることにより、コイル切り替え部ＳＷは、スイッチＳＷ１〜ＳＷ１１の導通・非導通状態を制御することにより、４つの給電コイルＬ１０ａ〜Ｌ１ｄから駆動させる２つの給電コイルを選択している。ここで、コイル切り替え部ＳＷのスイッチＳＷ１〜ＳＷ１１の導通・非導通状態の制御は、手動制御であってもよく、給電装置１００に搭載されたセンサ（図示しない）による受電コイルの位置ずれの監視に基づいた自動制御であってもよく、また給電装置１００から受電装置２００への電力伝送効率の測定結果に基づいた自動制御であってもよい。

受電コイルユニットＬ２は、図２に示されるように、受電側コイル部Ｌ２０と、受電側共振キャパシタＣ２と、を有する。

受電側コイル部Ｌ２０は、２つの受電コイルＬ２０ａ，Ｌ２０ｂが並置されて構成されている。受電コイルＬ２０ａ，Ｌ２０ｂは、それぞれ略長方形を呈しており、銅やアルミニウムなどの金属線を数回から１０回程度巻き回されて構成されている。すなわち、受電コイルＬ２０ａ，Ｌ２０ｂは、平面状に形成されたいわゆるスパイライル構造のコイルである。なお、受電コイルＬ２０ａ，Ｌ２０ｂの各巻線幅Ｗ同士は同一であると好ましい。また、平面状に形成されたスパイラル構造のコイルは、厳密な平面である必要はなく、多少湾曲していても良い。またさらには、受電コイルＬ２０ａ，Ｌ２０ｂは、それぞれ巻線が層状に巻回されたコイルであってもよく、その外形形状も長方形の他に正方形、円、楕円を呈していてもよい。本実施形態では、受電側コイルＬ２は、２つの受電コイルＬ２０ａ，Ｌ２０ｂから構成されているが、これに限られることなく複数対の受電コイルから構成されていてもよい。

２つの受電コイルＬ２０ａ，Ｌ２０ｂは、隣接するコイル同士が重なり合うように配置されており、コイルの外縁の重なり合う範囲としては、０．５×Ｗ（巻線幅の０．５倍）から１．５×Ｗ（巻線幅の１．５倍）の範囲であることが好ましい。つまり、隣接するコイルの巻線同士は、巻線幅の半分以上が重なり合っていることが好ましい。この場合、隣接するコイル同士の重なり合う範囲を０．５×Ｗ以上（巻線幅の０．５倍以上）とすることで、隣接するコイル同士の結合状態が高められるため、鎖交する磁束量を増大させることができる。しかし、隣接するコイル同士が重なり合う範囲が増加し過ぎると、鎖交する磁束量が減少してしまうため、隣接するコイルの外縁同士が重なり合う範囲は１．５×Ｗ以下（巻線幅の１．５倍以下）であることが好ましい。なお、受電コイルＬ２０ａ，Ｌ２０ｂの外形形状が、円あるいは楕円の場合は、コイル同士の重なり合う範囲が最大となる部分が０．５×Ｗから１．５×Ｗの範囲となればよい。

また、２つの受電コイルＬ２０ａ，Ｌ２０ｂは、互いに逆方向の磁界が鎖交したときに、それぞれに発生する起電力の方向が一致するように接続されている。例えば、２つの受電コイルＬ２０ａ，Ｌ２０ｂの巻回方向が逆向きの場合は、受電コイルＬ２０ａの巻線終端と受電コイルＬ２０ｂの巻線始端を接続すればよい。また、２つの受電コイルＬ２０ａ，Ｌ２０ｂの巻回方向が同じ向きの場合は、受電コイルＬ２０ａの巻線始端と受電コイルＬ２０ｂの巻線始端を接続すればよい。このように接続された２つの受電コイルＬ２０ａ，Ｌ２０ｂのうちの一方の受電コイルに給電コイルから受電コイルに向かう方向の磁界が鎖交し、他方の受電コイルに受電コイルから給電コイルに向かう方向の磁界が鎖交した場合、一方の受電コイルと他方の受電コイルに発生する起電力の方向が一致する。

続いて、図４を参照して、本実施形態に係る非接触電力伝送装置Ｓ１の給電動作について詳細に説明する。図４ａ〜図４ｅは、給電動作を説明するための非接触電力伝送装置を示す概略図である。

図４ａに示されるように、給電コイルＬ１０ａと受電コイルＬ２０ａが対向し、給電コイルＬ１０ｂと受電コイルＬ２０ｂが対向して配置された場合は、コイル切り替え部ＳＷによって、給電コイルＬ１０ａと給電コイルＬ１０ｂの組み合わせが選択され、これらが電力変換回路ＩＮＶによって駆動される。具体的には、コイル切り替え部ＳＷのスイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３が導通状態に制御され、他の全てのスイッチが非導通状態に制御される。すなわち、給電コイルＬ１０ａの巻線始端がスイッチＳＷ１を解して給電側共振キャパシタＣ１に接続され、給電コイルＬ１０ａの巻線終端がスイッチＳＷ２を介して給電コイルＬ１０ｂの巻線終端に接続され、給電コイルＬ１０ｂの巻線始端がスイッチＳＷ３を介して電力変換回路ＩＮＶに接続される。したがって、電力変換回路ＩＮＶの出力端子に給電コイルＬ１０ａ、給電コイルＬ１０ｂ及び給電側共振キャパシタＣ１が直列接続されることとなる。その結果、電力変換回路ＩＮＶから給電コイルＬ１０ａと給電コイルＬ１０ｂに交流電力が供給される。このとき、給電コイルＬ１０ａ、受電コイルＬ２０ａ、受電コイルＬ２０ｂ、給電コイルＬ１０ｂの順に周回する磁束が発生し、閉曲線Ａに沿った磁界が形成される。このような磁界が形成されることにより、漏洩電磁界が低減されるとともに、受電コイルＬ２０ａ，Ｌ２０ｂに有効に起電力が発生するため、高い電力伝送効率（最適な給電動作）を実現できる。

図４ｂに示されるように、給電コイルＬ１０ａと受電コイルＬ２０ａが対向し、給電コイルＬ１０ｂと受電コイルＬ２０ａ及び受電コイルＬ２０ｂが対向し、給電コイルＬ１０ｃと受電コイルＬ２０ｂが対向して配置された場合は、コイル切り替え部ＳＷによって、給電コイルＬ１０ａと給電コイルＬ１０ｃの組み合わせが選択され、これらが電力変換回路ＩＮＶによって駆動される。具体的には、コイル切り替え部ＳＷのスイッチＳＷ１，ＳＷ４，ＳＷ５が導通状態に制御され、他の全てのスイッチが非導通状態に制御される。すなわち、給電コイルＬ１０ａの巻線始端がスイッチＳＷ１を介して給電側共振キャパシタＣ１に接続され、給電コイルＬ１０ａの巻線終端がスイッチＳＷ４を介して給電コイルＬ１０ｃの巻線終端に接続され、給電コイルＬ１０ｃの巻線始端がスイッチＳＷ５を介して電力変換回路ＩＮＶに接続される。したがって、電力変換回路ＩＮＶの出力端子に給電コイルＬ１０ａ、給電コイルＬ１０ｃ及び給電側共振キャパシタＣ１が直列接続されることとなる。その結果、電力変換回路ＩＮＶから給電コイルＬ１０ａと給電コイルＬ１０ｃに交流電力が供給される。このとき、給電コイルＬ１０ａ、受電コイルＬ２０ａ、受電コイルＬ２０ｂ、給電コイルＬ１０ｃの順に周回する磁束が発生し、閉曲線Ｂに沿った磁界が形成される。このような磁界が形成されることにより、漏洩電磁界が低減されるとともに、受電コイルＬ２０ａ，Ｌ２０ｂに有効に起電力が発生するため、高い電力伝送効率（最適な給電動作）を実現できる。

図４ｃに示されるように、給電コイルＬ１０ｂと受電コイルＬ２０ａが対向し、給電コイルＬ１０ｃと受電コイルＬ２０ｂが対向して配置された場合は、コイル切り替え部ＳＷによって、給電コイルＬ１０ｂと給電コイルＬ１０ｃの組み合わせが選択され、これらが電力変換回路ＩＮＶによって駆動される。具体的には、コイル切り替え部ＳＷのスイッチＳＷ５，ＳＷ６，ＳＷ７が導通状態に制御され、他の全てのスイッチが非導通状態に制御される。すなわち、給電コイルＬ１０ｂの巻線始端がスイッチＳＷ６を介して給電側共振キャパシタＣ１に接続され、給電コイルＬ１０ｂの巻線終端がスイッチＳＷ７を介して給電コイルＬ１０ｃの巻線終端に接続され、給電コイルＬ１０ｃの巻線始端がスイッチＳＷ５を介して電力変換回路ＩＮＶに接続される。したがって、電力変換回路ＩＮＶの出力端子に給電コイルＬ１０ｂ、給電コイルＬ１０ｃ及び給電側共振キャパシタＣ１が直列接続されることとなる。その結果、電力変換回路ＩＮＶから給電コイルＬ１０ｂと給電コイルＬ１０ｃに交流電力が供給される。このとき、給電コイルＬ１０ｂ、受電コイルＬ２０ａ、受電コイルＬ２０ｂ、給電コイルＬ１０ｃの順に周回する磁束が発生し、閉曲線Ｃに沿った磁界が形成される。このような磁界が形成されることにより、漏洩電磁界が低減されるとともに、受電コイルＬ２０ａ，Ｌ２０ｂに有効に起電力が発生するため、高い電力伝送効率（最適な給電動作）を実現できる。

図４ｄに示されるように、給電コイルＬ１０ｂと受電コイルＬ２０ａが対向し、給電コイルＬ１０ｃと受電コイルＬ２０ａ及び受電コイルＬ２０ｂが対向し、給電コイルＬ１０ｄと受電コイルＬ２０ｂが対向して配置された場合は、コイル切り替え部ＳＷによって、給電コイルＬ１０ｂと給電コイルＬ１０ｄの組み合わせが選択され、これらが電力変換回路ＩＮＶによって駆動される。具体的には、コイル切り替え部ＳＷのスイッチＳＷ６，ＳＷ８，ＳＷ９が導通状態に制御され、他の全てのスイッチが非導通状態に制御される。すなわち、給電コイルＬ１０ｂの巻線始端がスイッチＳＷ６を介して給電側共振キャパシタＣ１に接続され、給電コイルＬ１０ｂの巻線終始端がスイッチＳＷ８を介して給電コイルＬ１０ｄの巻線終端に接続され、給電コイルＬ１０ｄの他方の端子がスイッチＳＷ９を介して電力変換回路ＩＮＶに接続される。したがって、電力変換回路ＩＮＶの出力端子に給電コイルＬ１０ｂ、給電コイルＬ１０ｄ及び給電側共振キャパシタＣ１が直列接続されることとなる。その結果、電力変換回路ＩＮＶから給電コイルＬ１０ｂと給電コイルＬ１０ｄに交流電力が供給される。このとき、給電コイルＬ１０ｂ、受電コイルＬ２０ａ、受電コイルＬ２０ｂ、給電コイルＬ１０ｄの順に周回する磁束が発生し、閉曲線Ｄに沿った磁界が形成される。このような磁界が形成されることにより、漏洩電磁界が低減されるとともに、受電コイルＬ２０ａ，Ｌ２０ｂに有効に起電力が発生するため、高い電力伝送効率（最適な給電動作）を実現できる。

図４ｅに示されるように、給電コイルＬ１０ｃと受電コイルＬ２０ａが対向し、給電コイルＬ１０ｄと受電コイルＬ２０ｂが対向して配置された場合は、コイル切り替え部ＳＷによって、給電コイルＬ１０ｃと給電コイルＬ１０ｄの組み合わせが選択され、これらが電力変換回路ＩＮＶによって駆動される。具体的には、コイル切り替え部ＳＷのスイッチＳＷ９，ＳＷ１０，ＳＷ１１が導通状態に制御され、他の全てのスイッチが非導通状態に制御される。すなわち、給電コイルＬ１０ｃの巻線始端がスイッチＳＷ１０を介して給電側共振キャパシタＣ１に接続され、給電コイルＬ１０ｃの巻線終端がスイッチＳＷ１１を介して給電コイルＬ１０ｄの巻線終端に接続され、給電コイルＬ１０ｄの巻線始端がスイッチＳＷ９を介して電力変換回路ＩＮＶに接続される。したがって、電力変換回路ＩＮＶの出力端子に給電コイルＬ１０ｃ、給電コイルＬ１０ｄ及び給電側共振キャパシタＣ１が直列接続されることとなる。その結果、電力変換回路ＩＮＶから給電コイルＬ１０ｃと給電コイルＬ１０ｄに交流電力が供給される。このとき、給電コイルＬ１０ｃ、受電コイルＬ２０ａ、受電コイルＬ２０ｂ、給電コイルＬ１０ｄの順に周回する磁束が発生し、閉曲線Ｅに沿った磁界が形成される。このような磁界が形成されることにより、漏洩電磁界が低減されるとともに、受電コイルＬ２０ａ，Ｌ２０ｂに有効に起電力が発生するため、高い電力伝送効率（最適な給電動作）を実現できる。

以上のように、本実施形態に係る給電コイルユニットＬ１は、給電側コイル部Ｌ１０を構成するコイルから選択された対になるコイルが発生する磁界の向きが互いに逆向きになるように当該対になるコイルの接続を切り替えるコイル切り替え部ＳＷを備えている。このように、給電側コイル部Ｌ１０を構成するコイルから選択された対になるコイルが発生する磁界の向きを互いに逆向きとすることにより、漏洩電磁界を低減させることができる。また、本発明に係る給電コイルユニットＬ１では、コイル切り替え部ＳＷが隣接配置される対になるコイルの組み合わせまたは間に単一のコイルのみを介して配置される対になるコイルの組み合わせから選択している。そのため、位置ずれが生じない場合は隣接配置される対になるコイルの組み合わせを選択し、位置ずれが生じた場合は間に単一のコイルのみを介して配置される対になるコイルの組み合わせを選択することで、いずれの場合であっても受電コイルＬ２０ａ，Ｌ２０ｂの位置に応じた最適な給電動作が可能となる。

１００…給電装置、２００…受電装置、Ｃ１…給電側共振キャパシタ、Ｃ２…受電側共振キャパシタ、ＩＮＶ…電力変換回路、Ｌ１…給電コイルユニット、Ｌ２…受電コイルユニット、Ｌ１０…給電側コイル部、Ｌ１０ａ〜Ｌ１０ｄ…給電コイル、Ｌ２０…受電側コイル部、Ｌ２０ａ，Ｌ２０ｂ…受電コイル、Ｒ…負荷、ＲＥＣ…整流回路、Ｓ１…非接触電力伝送装置、ＳＷ…コイル切り替え部、ＳＷ１〜ＳＷ１１…スイッチ、ＶＧ…電源。

Claims (2)

1. 受電装置に非接触で電力を給電する給電コイルユニットであって、
   少なくとも３つのコイルが整列配置されてなる給電側コイル部と、
   前記給電側コイル部を構成するコイルから一対または複数対のコイルを選択して直列に接続するとともに、対になるコイルが発生する磁界の向きが互いに逆向きになるように当該対になるコイルの接続を切り替えるコイル切り替え部と、を備え、
   前記コイル切り替え部は、隣接配置される対になるコイルの組み合わせまたは間に単一のコイルのみを介して配置される対になるコイルの組み合わせから選択することを特徴とする給電コイルユニット。
2. 前記給電側コイル部において、隣接するコイル同士が巻線幅の０．５倍から、巻線幅の１．５倍の範囲で重なり合うように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の給電コイルユニット。

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