JP6439442B2 - コイル装置 - Google Patents

Description

本発明は、コイル装置に関する。

非接触給電システムは、送電装置の一部である送電コイル装置と、受電装置の一部である受電コイル装置とを備え、電磁誘導方式や磁界共鳴方式等のコイル間の磁気結合を利用して、非接触での送電を実現している。非接触給電システムの適用先としては、例えば、電気自動車やプラグインハイブリッド車の給電システムが挙げられる。この場合、受電コイル装置は、車に搭載されることになる。

コイル装置間で伝送される電力は、コイル部のインダクタンスにより変化するものである。そのため、伝送電力の観点から、システム毎に最適なインダクタンスの値が定まる。しかし、製造ばらつきや、温度や湿度等の使用環境の変動によりインダクタンスは変化するおそれがあり、従来、この変化を抑える技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、コイルと、磁性体である磁界シールドとを備えた送電装置において、コイルと磁界シールドとの位置関係が変わるように磁界シールドを動かすことにより、インダクタンスを変更する点が記載されている。特許文献２には、コイルとシールドとの間の距離によりインダクタンスが変化する点が記載されている。

国際公開第２０１１／０７０６３７号 特開２０１１−１３５７５４号公報

シールドが非磁性体（アルミまたは銅等）で形成されている場合、シールドをコイルに近づけるほど、インダクタンスは小さくなる。たとえば、所望のインダクタンスを実現するためにインダクタンスを大きくする必要がある場合には、シールドをコイルから遠ざけることになるため、コイル装置の大型化を招く。一方で、コイル装置を含む送電装置や受電装置の設置場所の制約から、コイル装置の大型化を抑えることが望ましい。

本発明は、装置の大型化を抑えつつ所望のインダクタンスを実現することができるコイル装置を提供することにある。

本発明は、他のコイル装置に対向し、非接触で送電または受電を行うためのコイル装置であって、他のコイル装置の第２コイル部に対向し、導線を含む第１コイル部と、第２コイル部に対向する側と反対側に配置される複数の非磁性部材とを備え、非磁性部材は、非磁性部材に形成される渦電流の一部を遮ることによりその渦電流の状態を変化させる渦電流遮断部を含み、複数の非磁性部材は、第１非磁性部材と、第１非磁性部材よりも第２コイル部から離れる側で第１非磁性部材に隣接して配置された第２非磁性部材とを含み、第１非磁性部材と第２非磁性部材との間に設けられ、第１非磁性部材および第２非磁性部材に密接可能な導電性のシート状部材を含む。

このコイル装置によれば、非磁性部材に渦電流遮断部が設けられていることにより、非磁性部材に発生する渦電流の一部が遮られ、渦電流遮断部を迂回するように流れる。これにより、渦電流の流れの距離が長くなり、磁気抵抗が増え、渦電流が小さくなる。これにより、第１コイル部によって発生する磁束を打ち消す渦電流依存の磁束が減り、インダクタンスが増大する。このように、非磁性部材を第１コイル（すなわち導線）に近づけた場合でも、非磁性部材を近づけることによるインダクタンスの減少と、渦電流遮断部によるインダクタンスの増大とを適宜調整することで、所望のインダクタンスが実現できる。渦電流遮断部によるインダクタンスの増大を利用することで、装置の大型化を抑えることができる。第１非磁性部材および第２非磁性部材の位置をそれぞれ調整することにより、渦電流遮断部の重なり具合を変えることができ、これによって渦電流の経路が変わる。非磁性部材が１枚である場合に比べて、非磁性部材全体として、インダクタンスの調整範囲を広げることができる。第１非磁性部材および第２非磁性部材の凸凹の形状に密接可能なシート状部材を設けることにより、第１非磁性部材と第２非磁性部材との電気的な接続を確実にすることができる。

いくつかの態様において、渦電流遮断部は、非磁性部材に設けられて第２コイル部との対向方向に非磁性部材を貫通する孔部またはその対向方向に窪んだ凹部である。渦電流遮断部としての孔部または凹部が非磁性部材に設けられることにより、非磁性部材において、渦電流の一部を確実かつ容易に遮ることができ、渦電流の経路を変えることができる。

いくつかの態様において、第２コイル部との対向方向に直交する方向に非磁性部材を移動させる移動機構を更に備える。非磁性部材には渦電流遮断部が設けられているため、移動機構によって非磁性部材をその方向に移動させると、第１コイル部の導線と渦電流遮断部との位置関係が変わり、渦電流の経路が変化する。よって、非磁性部材を移動させることにより、所望のインダクタンスに調整することができる。

いくつかの態様において、移動機構を制御して移動機構による非磁性部材の移動距離を調整する移動制御機構を備える。この場合、非磁性部材の移動距離を能動的に制御することができる。

いくつかの態様において、第１非磁性部材および第２非磁性部材のそれぞれは、渦電流遮断部である孔部を含んでおり、第１非磁性部材の第１孔部と第２非磁性部材の第２孔部とは、同様のパターンで形成されている。第１孔部と第２孔部とが同様のパターンで形成されていると、第１非磁性部材および第２非磁性部材のいずれか一方を移動させることで、孔部の重なり具合を容易に調整できるため、非磁性部材全体としてのインダクタンスの調整が容易である。

いくつかの態様において、第１非磁性部材および第２非磁性部材のそれぞれは、渦電流遮断部である孔部を含んでおり、第１非磁性部材の第１孔部と第２非磁性部材の第２孔部とは、異なるパターンで形成されていてもよい。

いくつかの態様において、第１非磁性部材は渦電流遮断部である孔部を含み、第２非磁性部材は渦電流遮断部を有していない。この場合、磁界放射を低減することができる。

いくつかの態様において、渦電流遮断部は、第２コイル部との対向方向に直交する方向に延びる長孔部または溝部であり、長孔部または溝部は、第１コイル部における導線の延在方向に交差する方向に延びている。渦電流は、導線に沿って（導線を流れる電流と反対向きに）流れる傾向がある。よって、この流れに交差する方向に延びる長孔部または溝部によれば、渦電流の迂回経路を最大化できる。すなわち、インダクタンスの変化幅を最大化できる。

いくつかの態様において、長孔部または溝部は、直交する方向において第１コイル部よりも外側に突出している。この場合、より多くの渦電流が遮られ、渦電流の迂回経路が大きくなる。よって、インダクタンスを容易に増大させることができる。

本発明によれば、所望のインダクタンスが実現でき、しかも、装置の大型化を抑えることができる。

本発明の第１実施形態のコイル装置が適用された非接触給電システムの要部構成を示すブロック図である。 （ａ）は図１中の送電コイル装置または受電コイル装置を模式的に示す斜視図、（ｂ）は（ａ）の平面図である。 （ａ）は第２実施形態のコイル装置を示す斜視図、（ｂ）は第２実施形態に係る送電コイル装置または受電コイル装置の概略構成を模式的に示す平面図である。 （ａ）は第３実施形態のコイル装置を示す斜視図、（ｂ）は第３実施形態に係る送電コイル装置または受電コイル装置の概略構成を模式的に示す平面図である。 第４実施形態に係るコイル装置を示す断面図である。 （ａ）は図５に示すコイル装置において非磁性部材を移動させた状態を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の断面図である。 （ａ）は第５実施形態に係るコイル装置を模式的に示す平面図、（ｂ）は（ａ）のコイル装置の移動機構によって非磁性部材が移動させられる状態を示す平面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、異なるタイプのコイル部に対応する非磁性部材の各種態様を示す図である。

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。まず、第１実施形態に係るコイル装置が適用された非接触給電システム１について、図１を参照して説明する。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（装置）である。

非接触給電システム１は、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とを備えて構成される。送電装置３は、地表面に設置されており、地上を走行する車両２が、予め定められた位置関係（後述する電磁結合回路が形成される位置関係）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２４を充電するための電力）を非接触で伝送可能に構成されている。

送電装置３は、外部電源１１、整流回路１２、送電回路１３、送電コイル装置１４等を備えて構成される。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、例えば電圧が２００［Ｖ］である三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、三相交流電源に限られることはなく、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。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。

送電回路１３は、整流回路１２から供給される電力を、送電コイル装置１４と車両２に設けられる受電コイル装置２５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。具体的には、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）に変換して送電コイル装置１４に備えられた送電コイル部１５に与えることにより、車両２に対する非接触給電を実現する。すなわち、送電コイル部１５から車両２の受電装置４における受電コイル装置２５に備えられた受電コイル部２６に対して送電を行うことにより、非接触給電を可能にしている。また、送電回路１３は、インバータ回路の出力側に、送電コイル装置１４に備えられた送電コイル部１５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。

送電コイル装置１４は、地表面に設置されており、筐体内に送電コイル部１５と送電側シールド板（非磁性部材）１６とを備えて構成されている。送電コイル部１５は、前述したように送電回路１３から供給される交流電力を非接触で車両２に給電するためのコイルであり、例えば予め規定されたコイル形状寸法を有するソレノイドコイルによって形成されている。なお、このような送電コイル装置１４の詳細については後述する。

受電コイル装置２５は、車両２に設けられており、後述するように筐体内に受電コイル部２６と受電側シールド板（非磁性部材）２７とを備えて構成されている。受電コイル部２６は、例えば送電コイル部１５とほぼ同じコイル径を有するソレノイドコイルによって形成されている。

送電コイル装置１４と車両２に設けられた受電コイル装置２５とが近接し、送電コイル部１５と受電コイル部２６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、送電コイル部１５と受電コイル部２６とが電磁気的に結合して送電コイル部１５から受電コイル部２６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、「電磁界共鳴方式」で給電を行う回路であってもよい。受電コイル装置２５は、送電コイル装置１４から非接触で供給されてくる電力（交流電力）を受けとる。

図１に示すように、車両２は、受電装置４を備えている。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備えている。受電装置４は、受電コイル装置２５、受電回路２９、充電回路３０、バッテリ２４を備える。受電コイル装置２５は、前述したように受電コイル部２６と受電側シールド板２７とを備えて構成されている。受電コイル部２６は、送電コイル装置１４の送電コイル部１５と対向可能なようにコイル軸が互いに平行となる姿勢で、車両２の底部に設けられている。

受電回路２９は、受電コイル装置２５からの電力を直流電力に変換して充電回路３０に出力する。この受電回路２９は、受電コイル部２６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２９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前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３０は、入力端が受電回路２９の出力端に接続されるとともに出力端がバッテリ２４の入力端に接続されており、受電回路２９からの電力（直流電力）を所望電力に変換してバッテリ２４に供給する。バッテリ２４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３０は、受電用制御部（図示せず）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、本実施形態に係る送電コイル装置１４および受電コイル装置２５について詳しく説明する。図２（ａ）に示すように、送電コイル装置１４は、図示しない筐体と、この筐体内に配置された送電コイル部１５と、送電側シールド板１６とを有している。送電コイル部１５は、本実施形態では予め規定されたコイル形状寸法を有するソレノイド型のコイル、すなわち、導線を平板状のコア部材（図示せず、例えばフェライト）に対して扁平な四角筒状に巻回したコイルからなっている。なお、送電コイル部１５としては、後述するようにサーキュラー型のコイルからなっていてもよい。

図２（ｂ）に示すように、四角筒状に巻回したソレノイド型の送電コイル部１５は、平面視矩形状に形成される。送電側シールド板１６は、非磁性かつ導電性の部材であり、たとえばアルミニウムまたは銅からなる。送電側シールド板１６は、送電コイル部１５に対して、図１に示す受電コイル装置２５の受電コイル部２６に対向する側と反対の側に配置されている。送電側シールド板１６は、送電コイル部１５のコイル軸と平行になるようにして送電コイル部１５に対向して配置されている。なお、この送電側シールド板１６は、筐体内の予め設定された位置（送電コイル部１５の近傍）に容易に着脱できるようになっている。また、送電側シールド板１６は、筐体の外部に配置してもよい。

図２（ｂ）に示すように、この送電側シールド板１６は、送電コイル部１５の平面視形状より充分に大きい矩形状に形成され、かつ平面視した状態で送電コイル部１５が内部に位置するように送電コイル部１５の直下に配置される。そして、この送電側シールド板１６は、送電コイル部１５の近傍に配置され、すなわち僅かな隙間を介して配置されており、したがって送電コイル部１５によりその面内に、送電コイル部１５の電流の向きと逆になるように、図２（ａ）の矢印で示すような反時計回り、あるいは時計回りの渦電流が生じるようになっている。

このような送電側シールド板１６での渦電流の形成は、送電コイル部１５のインダクタンスに影響を及ぼし、形成される渦電流の大小などによって送電コイル部１５のインダクタンスは変化する。本実施形態では、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、送電コイル部１５によって送電側シールド板１６に形成される渦電流の一部を遮ってこれを迂回させ、渦電流の状態を変化させる、渦電流遮断部４０が形成されている。

渦電流遮断部４０は、本実施形態では送電側シールド板１６の表裏面を貫通する複数のスリット（長孔部）４０ａによって形成されている。すなわち、スリット４０ａは、送電コイル装置１４と受電コイル装置２５との対向方向に送電側シールド板１６を貫通している。スリット４０ａは、送電コイル部１５を形成する導線の巻線方向（延在方向）に対してほぼ直交する方向（交差する方向）に延びて形成されている。すなわち、スリット４０ａは、送電コイル部１５のコイル軸（中心軸）に沿う方向に延びて形成されている。また、これらスリット４０ａは、その両端が、送電コイル部１５のコイル軸（中心軸）方向における両端に対してそれぞれ外側に位置するように形成されている。すなわち、スリット４０ａは、送電コイル装置１４と受電コイル装置２５との対向方向に直交する方向において送電コイル装置１４よりも外側に突出している。

このように形成されることでスリット４０ａ（渦電流遮断部４０）は、送電コイル部１５によって送電側シールド板１６に形成される渦電流の一部を遮り、これによって渦電流を一部迂回させることでスリット４０ａが無い場合に比べて渦電流の状態を変化させている。すなわち、渦電流の状態を変化させることによって送電コイル部１５のインダクタンスを変化させることができる。特に、スリット４０ａの両端を、送電コイル部１５のコイル軸（中心軸）方向における両端に対してそれぞれ外側に位置するように形成しているので、送電側シールド板１６に形成される渦電流をより多く遮って大きく迂回させ、これによって渦電流の状態をより大きく変化させることができる。

なお、受電コイル装置２５も、図２（ａ）に示した送電コイル装置１４とほぼ同様の構成を有しており、筐体（図示せず）内に受電コイル部２６と受電側シールド板２７とを備えて構成されている。受電側シールド板２７は、非磁性かつ導電性の部材であり、たとえばアルミニウムまたは銅からなる。

受電側シールド板２７は、受電コイル部２６に対し、送電コイル部１５と対向する側と反対の側に配置されている。受電側シールド板２７は、受電コイル部２６のコイル軸と平行になるようにして受電コイル部２６に対向して配置されている。受電側シールド板２７には、送電側シールド板１６と同様に、スリット４０ａからなる渦電流遮断部４０が形成されている。これにより、受電コイル部２６もそのインダクタンスが変化させられる。

ここで、渦電流遮断部４０を構成するスリット４０ａとしては、図２（ｂ）に示したように、複数を互いに平行に、かつ、ほぼ等間隔で形成するとともに、送電コイル部１５（または受電コイル部２６）のコイル軸（中心軸）に沿う方向に延びて、その両端が送電コイル部１５（または受電コイル部２６）の両端に対してそれぞれ外側に位置するように形成しているが、スリット４０ａについては、渦電流の一部を遮って渦電流を迂回させ、スリット４０ａが無い場合に比べて渦電流の状態を変化させることができれば、種々の形態を採用することができる。

具体的には、スリット４０ａの数については一つを含んで任意であり、また、その幅や長さも送電コイル部１５または受電コイル部２６の形状等に応じて適宜に設定される。スリット４０ａを複数形成する場合、その幅や長さを全て同一にすることなく、個々に幅や長さを変えてもよい。また、図２（ｂ）中に示す一つのスリット４０ａを複数に分割してもよく、その場合にも分割したスリットの幅や長さを変えてもよい。また、分割したスリットの配置についても、規則的にしてもよく、不規則にしてもよい。また、スリットの深さを変えるべく、送電側シールド板１６や受電側シールド板２７を形成する導電板の厚さを変えてもよい。

さらには、スリット４０ａを極端に短くした形態として、単に孔を形成してこれを渦電流遮断部４０の構成要素としてもよい。その場合にも、孔の数や配置は任意であり、スリット４０ａの長さ方向、すなわち送電コイル部１５（または受電コイル部２６）のコイル軸（中心軸）に沿う方向に配列してもよく、例えば千鳥状に配置してもよい。また、全く不規則に配置してもよく、一部を規則的に、残部を不規則に配置してもよい。

次に、このような渦電流遮断部４０を形成した送電側シールド板１６または受電側シールド板２７を備える、送電コイル装置１４または受電コイル装置２５の製造方法について説明する。まず、送電側シールド板１６用、受電側シールド板２７用の非磁性部材として、それぞれ銅板等の導電板を複数枚用意する。

次に、これら複数の導電板に対してそれぞれ渦電流遮断部４０を形成し、加工非磁性部材としてとしての送電側シールド板１６、受電側シールド板２７を形成する。ただし、複数の導電板に対してそれぞれ形成する渦電流遮断部４０の形態を変え、これによって複数種の加工非磁性部材（送電側シールド板１６、受電側シールド板２７）を形成する。具体的には、導電板間で前述したようにスリットの数や幅、長さを変えるか、または、同じ導電板に形成する複数のスリットについて、その幅や長さを変える。また、スリットの一部または全部を孔に変える。さらに、予め厚さの異なる導電板を用意にすることにより、スリットの深さを変える。

次に、このような加工非磁性部材（送電側シールド板１６、受電側シールド板２７）を備える送電コイル装置１４、受電コイル装置２５を組み立てるべく、筐体内に送電コイル部１５を配設する。また、筐体内に受電コイル部２６を配設する。

次いで、送電コイル部１５の近傍に、複数種の加工非磁性部材（送電側シールド板１６）の中から一種を選択して配置する。送電側シールド板１６を送電コイル部１５の近傍に配置し、送電コイル部１５に電流を流すと、送電側シールド板１６には渦電流が形成され、これに影響されて送電コイル部１５のインダクタンスは、送電側シールド板１６に渦電流遮断部４０が形成されていない場合に比べて変化する。すなわち、渦電流遮断部４０が形成されていない送電側シールド板１６を用いた場合に比べ、送電コイル部１５のインダクタンスを変化させることができる。

したがって、送電コイルのインダクタンスを予め設定されたインダクタンスとなるように調整すべく、先に用意した複数種の加工非磁性部材（送電側シールド板１６）の中から適宜な一種を選択し、送電コイル部１５の近傍に配置する。

また、受電コイル装置２５についても、送電コイル装置１４と同様にして、予め用意した複数種の加工非磁性部材（受電側シールド板２７）の中から適宜な一種を選択して受電コイル部２６の近傍に配置することにより、受電コイル部２６のインダクタンスを調整する。このように送電側シールド板１６、受電側シールド板２７をそれぞれ適宜に選択することにより、送電コイル装置１４、受電コイル装置２５を得ることができる。

以上説明した本実施形態の送電コイル装置１４または受電コイル装置２５によれば、送電側シールド板１６（または受電側シールド板２７）に渦電流遮断部４０が設けられていることにより、送電側シールド板１６に発生する渦電流の一部が遮られ、渦電流遮断部４０を迂回するように流れる。これにより、渦電流の流れの距離が長くなり、磁気抵抗が増え、渦電流が小さくなる。これにより、送電コイル装置１４によって発生する磁束を打ち消す渦電流依存の磁束が減り、インダクタンスが増大する。このように、送電側シールド板１６を送電コイル装置１４（すなわち導線）に近づけた場合でも、送電側シールド板１６を近づけることによるインダクタンスの減少と、渦電流遮断部４０によるインダクタンスの増大とを適宜調整することで、所望のインダクタンスが実現される。渦電流遮断部４０によるインダクタンスの増大を利用することで、装置の大型化が抑えられる。

渦電流遮断部４０としてのスリット４０ａが送電側シールド板１６に設けられることにより、送電側シールド板１６において、渦電流の一部を確実かつ容易に遮ることができ、渦電流の経路を変えることができる。貫通孔であるスリット４０ａが設けられることにより、送電側シールド板１６の内部を空気が通り、シールドの温度上昇が抑えられる。

また、スリット４０ａは、受電コイル装置２５との対向方向に直交する方向において送電コイル部１５よりも外側に突出している。この場合、より多くの渦電流が遮られ、渦電流の迂回経路が大きくなる。よって、インダクタンスをより増大させることができる。

スリット４０ａは、送電コイル装置１４における導線の延在方向に交差する方向に延びている。渦電流は、導線に沿って（導線を流れる電流と反対向きに）流れる傾向がある。よって、この流れに交差する方向に延びるスリット４０ａによれば、渦電流の迂回経路が最大化している。すなわち、インダクタンスの変化幅が最大化する。

なお、インダクタンスの変更は、コイル部の形状を変更することにより実現することもできる。一方、コイル部を物理的に変更することは、コイル部の損傷を招くおそれがある。コイル部は、非接触での電力伝送を担うものであり、コイル部の損傷は、その伝送能力に影響を及ぼす。本実施形態では送電側シールド板１６に渦電流遮断部４０を設けることによりインダクタンスの変更を実現しており、コイル部自体を変更するものではない。よって、コイル部における伝送能力に影響を及ぼすことがない。

上記実施形態のように、非磁性部材にスリット４０ａからなる渦電流遮断部を設ける構成とすることにより、比較的脆い磁性体（例えば、フェライト）ではなく、固い金属（アルミ、銅）で実現することが可能である。よって、スリットを設ける際に渦電流遮断部が割れたり、ひびが入ったりすることが抑えられる。

また、上記した製造方法によれば、渦電流遮断部４０の形態を変えて複数種の加工非磁性部材（送電側シールド板１６、受電側シールド板２７）を形成し、これら加工非磁性部材から一種を選択する。これにより、送電コイル部１５や受電コイル部２６のインダクタンスの調整を単に加工非磁性部材（送電側シールド板１６、受電側シールド板２７）の交換によって行うことができる。したがって例えば送電コイル装置１４や受電コイル装置２５を組み上げた後でも送電コイル部１５や受電コイル部２６のインダクタンスを容易に調整することができる。特に、送電コイル装置１４や受電コイル装置２５の筐体の外に加工非磁性部材を配置する場合に有効である。よって、製造コストの低減化を可能にすることができる。

また、渦電流遮断部４０はスリット４０ａで実現され、スリット４０ａは、送電コイル部１５または受電コイル部２６の導線の巻回方向に対して交差する方向に形成されている。これにより、送電側シールド板１６や受電側シールド板２７に形成される渦電流をより効率良く遮ることができ、送電コイル部１５や受電コイル部２６のインダクタンスをより大きく変化させることができる。これにより、送電側シールド板１６や受電側シールド板２７による送電コイル部１５や受電コイル部２６のインダクタンスの調整をより効果的に行うことができる。

また、スリット４０ａは、その両端が送電コイル部１５や受電コイル部２６のコイル軸（中心軸）方向における両端に対してそれぞれ外側に位置するように形成されている。これによっても送電側シールド板１６や受電側シールド板２７に形成される渦電流をより効率良く遮ることができる。したがって送電コイル部１５や受電コイル部２６のインダクタンスをより大きく変化させることができる。

また、このように送電側シールド板１６や受電側シールド板２７に渦電流遮断部４０を形成し、渦電流の経路を変更させているので、特に渦電流の経路を短くした場合などでは、渦電流による発熱などに起因する損失を低減し、送電効率を高めることができる。

次に、図３を参照して、第２実施形態について説明する。第１実施形態では、送電コイルや受電コイルとして、導線を扁平な四角筒状に巻回したソレノイド型のコイルによって形成したが、図３（ａ）に示すように、導線を同一平面内で円形の渦巻状に巻回したサーキュラー型のコイルによって形成してもよい。

その場合にも、このようなサーキュラー型の送電コイル部１５または受電コイル部２６の近傍に配置する送電側シールド板１６または受電側シールド板２７として、渦電流遮断部４０を形成したものを用いる。図３（ｂ）に示すように、渦電流遮断部４０として、複数のスリット４０ａが形成される。複数のスリット４０ａは、送電コイル部１５（受電コイル部２６）の中心から放射する方向に延びるように形成するのが好ましい（図３（ｂ）に示す例では６本）。また、その場合に、これらスリット４０ａを、その両端が送電コイル部１５（受電コイル部２６）より内側から送電コイル部１５（受電コイル部２６）より外側にまで延びて位置するように、形成するのが好ましい。なお、サーキュラー型のコイルでは、送電コイル部１５（受電コイル部２６）と、送電側シールド板１６（受電側シールド板２７）との間に、コア部材（例えば、フェライト）が配置され得る。

このようなサーキュラー型の送電コイル部１５または受電コイル部２６を用いた場合にも、第１実施形態と同様の作用・効果が奏される。渦電流遮断部４０の形態を変えて複数種の加工非磁性部材（送電側シールド板１６、受電側シールド板２７）を形成し、これら加工非磁性部材から一種を選択して送電コイル部１５または受電コイル部２６のインダクタンスを調整することができ、したがって例えば送電コイル装置１４や受電コイル装置２５を組み上げた後でも送電コイル部１５や受電コイル部２６のインダクタンスを容易に調整することができる。よって、製造コストの低減化を可能にすることができる。

また、渦電流遮断部４０をスリット４０ａで形成し、スリット４０ａを送電コイル部１５または受電コイル部２６の中心から放射する方向に形成しているので、送電側シールド板１６や受電側シールド板２７に形成される渦電流をより効率良く遮ることができ、したがって形成される渦電流をより大きく迂回させることにより、送電コイル部１５や受電コイル部２６のインダクタンスをより大きく変化させることができる。これにより、送電側シールド板１６や受電側シールド板２７による送電コイル部１５や受電コイル部２６のインダクタンスの調整をより効果的に行うことができる。

また、スリット４０ａを、その両端が送電コイル部１５や受電コイル部２６より内側からその外側にまで延びて位置するように形成しているので、これによっても送電側シールド板１６や受電側シールド板２７に形成される渦電流をより効率良く遮ることができ、したがって送電コイル部１５や受電コイル部２６のインダクタンスをより大きく変化させることができる。

次に、図４を参照して、第３実施形態について説明する。第３実施形態のコイル部１５Ａでは、導線５１は、矩形の渦巻状に巻回されている。すなわち、コイル部１５Ａは矩形状サーキュラー型のコイルである。この場合、渦電流遮断部として、送電側シールド板１６Ａには十字型のスリット５０Ａが設けられている。スリット５０Ａは、導線５１の延在方向にほぼ直交する方向に延びている。また、スリット５０Ａは、コイル部１５Ａ（導線５１）が設けられた領域よりも外側に突出している。

このような送電側シールド板１６Ａが設けられたコイル装置によれば、スリット５０Ａによって、送電側シールド板１６Ａに形成される渦電流をより効率良く遮ることができ（図５（ｂ）に示される矢印参照）、コイル部１５Ａのインダクタンスを大きく変化させることができる。

次に、図５を参照して、第４実施形態について説明する。第４実施形態のコイル装置では、ベース５４および保護カバー５５によって構成された筐体内に、導線５２を含むソレノイド型のコイル部１５Ｂが設けられている。コイル部１５Ｂとベース５４との間には、２枚の第１シールド板（第１非磁性部材）５６ａおよび第２シールド板（第２非磁性部材）５６ｂが設けられている。第１シールド板５６ａおよび第２シールド板５６ｂの間には、シート状部材５３が介在されている。第１シールド板５６ａおよび第２シールド板５６ｂは、相対的にスライド移動可能である。

さらに、第１シールド板５６ａと保護カバー５５との間、すなわち第１シールド板５６ａの両端部には、第１移動部５７ａ，５７ａが設けられている。第２シールド板５６ｂと保護カバー５５との間、すなわち第２シールド板５６ｂの両端部には、第２移動部５７ｂ，５７ｂが設けられている。これらは、たとえばボルト等のねじ部材からなり、たとえば非磁性の材料からなる。第１移動部５７ａおよび第２移動部５７ｂは、保護カバー５５の外部から回転操作可能であり、その回転によって第１シールド板５６ａおよび第２シールド板５６ｂを移動させる。第１移動部５７ａおよび第２移動部５７ｂによって、本実施形態の移動機構５７が構成されている。なお、移動機構の構成は、ねじ部材を用いる態様に限られない。

さらに、第１シールド板５６ａおよび第２シールド板５６ｂのそれぞれには、平行な複数のスリット５０Ｂが形成されている。各スリット５０Ｂは、導線５２の延在方向にほぼ直交する方向に延びている。第１シールド板５６ａに形成されたスリット５０Ｂと、第２シールド板５６ｂに形成されたスリット５０Ｂとは同様のパターンで形成されている。より詳細には、第１シールド板５６ａに形成されたスリット５０Ｂと、第２シールド板５６ｂに形成されたスリット５０Ｂとは、大きさ、形状および本数が等しくなっている。

シート状部材５３は、非導電性の材料からなってもよく、導電性の材料からなってもよい。シート状部材５３が非導電性である場合、第２シールド板５６ｂには、第１シールド板５６ａのスリット５０Ｂ及びシート状部材５３を介して、磁束が入り込む。第１シールド板５６ａのスリット５０Ｂに重なっている第２シールド板５６ｂの面積の違いにより、第２シールド板５６ｂに入り込む磁束の量が変わるため、第２シールド板５６ｂに発生する渦電流の大きさが変化する。これにより、インダクタンスが変化する。

なお、第１シールド板５６ａおよび第２シールド板５６ｂの間にシート状部材５３が設けられておらず、第１シールド板５６ａおよび第２シールド板５６ｂが直接接触していてもよい。

また、シート状部材５３が導電性である場合は、第１シールド板５６ａおよび第２シールド板５６ｂが直接接触している場合と同様の効果が得られる。ここで、第１シールド板５６ａと第２シールド板５６ｂとが凸凹を有している状態で第１シールド板５６ａおよび第２シールド板５６ｂが直接接触している場合には、第１シールド板５６ａと第２シールド板５６ｂとの電気的な接触が不十分になり得る。すると、第１シールド板５６ａで発生した渦電流が第２シールド板５６ｂに移動し難くなる。よって、シールド板５６ａ及び５６ｂの双方のスリット５０Ｂの重なり具合が変わっても、渦電流の経路が変わりにくくなる。

導電性のシート状部材５３が設けられる場合、シート状部材５３は、第１シールド板５６ａと第２シールド板５６ｂと密に接触すること（すなわち密接すること）が好ましい。第１シールド板５６ａと第２シールド板５６ｂとの凸凹の形状に密接可能なシート状部材５３を設けることにより、第１シールド板５６ａと第２シールド板５６ｂとの電気的な接続を確実にすることができる。シート状部材５３は、変形可能な材質であることが好ましく、例えば、金属粉末を含むゲル状物質である。

このような構成を有するコイル装置では、図６（ａ）および（ｂ）に示されるように、第１シールド板５６ａと第２シールド板５６ｂとの間で、スリット５０Ｂ，５０Ｂを重ね合わせ、連通させておく。移動機構５７によって、第１シールド板５６ａと第２シールド板５６ｂとのいずれか一方または双方をスライド移動させることにより、スリット５０Ｂ，５０Ｂの重なり具合を変えることができる。すなわち、必要に応じてこれらのシールド板を適宜にずらし、スリット５０Ｂの幅や長さを変えることでこれらスリット５０Ｂによって形成される渦電流遮断部の形態を変える。ここで、移動機構５７による移動方向は、たとえばスリット５０Ｂの幅方向、つまり図５のコイル装置と非接触給電のために対向するコイル装置との対向方向に直交する方向である。なお、直交する方向とは、厳密に対向方向と９０°の方向であることに限定されず、第１および第２シールド板５６ａ，５６ｂが対向方向に対して斜めに配置されている場合には、第１および第２シールド板５６ａ，５６ｂが斜めに移動することも含むものとする。

第４実施形態によれば、第１シールド板５６ａおよび第２シールド板５６ｂには渦電流遮断部であるスリット５０Ｂ，５０Ｂが設けられているため、移動機構５７によって第１シールド板５６ａおよび／または第２シールド板５６ｂをスライド移動させると、コイル部１５Ｂの導線５２とスリット５０Ｂとの位置関係が変わり、渦電流の経路が変化する。より具体的には、スリット５０Ｂ，５０Ｂが重なることにより貫通孔の面積が小さくなると、インダクタンスが減少する。このように、所望のインダクタンスに調整することができる。

第１シールド板５６ａおよび第２シールド板５６ｂの位置をそれぞれ調整することにより、渦電流遮断部であるスリット５０Ｂ，５０Ｂの重なり具合を変えることができ、これによって渦電流の経路が変わる。非磁性部材が１枚である場合に比べて、送電側シールド板５６Ｂ全体として、インダクタンスの調整範囲が広がっている。

第１シールド板５６ａのスリット５０Ｂと、第２シールド板５６ｂのスリット５０Ｂとが同様のパターンで形成されているため、第１シールド板５６ａおよび第２シールド板５６ｂのいずれか一方を移動させることで、スリット５０Ｂ，５０Ｂの重なり具合を容易に調整できる。したがって、送電側シールド板５６Ｂ全体としてのインダクタンスの調整が容易になっている。

また、第４実施形態のコイル装置の製造過程においては、一対の導電板を互いにずらし、渦電流遮断部の形態を変えることにより、結果的に複数種の加工非磁性部材を用意することができる。したがって、このようにして用意した複数種の加工非磁性部材、すなわちスリットの幅や長さを変えた渦電流遮断部を有する加工非磁性部材から適宜な一種を選択することにより、送電コイル部１５や受電コイル部２６のインダクタンスを、予め設定されたインダクタンスとなるように容易に調整することができる。

このように一対の導電板を用いて渦電流遮断部の形態を変えた複数種の加工非磁性部材を用意することにより、用意する加工非磁性部材に必要な導電板の数を少なくすることができ、したがってコストを削減することができる。また、一対の導電板を互いにずらすことで渦電流遮断部の形態を少しずつ、かつ多くの異なる形態に変えることができ、したがって送電コイル部１５や受電コイル部２６のインダクタンスを予め設定した値により近づけることができる。

第４実施形態のコイル装置は、上記した特許文献１の発明に対して有利な効果を奏する。特許文献１には、シールドの枚数を変えることにより、インダクタンスを変更することが記載されているが、第４実施形態によれば、３枚以上の枚数増加を伴わなくても最低２枚でのインダクタンス調整が可能であり、さらなる小型化が可能になっている。

第４実施形態のコイル装置では、比較的脆い磁性体の移動ではなく、固い金属（アルミ、銅）でシールドを実現することにより、可動によって割れたり、ひびが入ったりすることが抑えられる。

次に、図７を参照して、第５実施形態について説明する。図７（ａ）に示されるように、第５実施形態のコイル装置では、送電側シールド板５６Ｃに、複数の平行なスリット５０Ｃが設けられている。スリット５０Ｃが延びる方向およびスリット５０Ｃが設けられた領域は、ソレノイド型のコイルを採用した第１実施形態および第４実施形態と同様である。第５実施形態では、送電側シールド板５６Ｃの移動機構として、温度変化に応じて変形するバイメタル５８が設けられている。より詳細には、送電側シールド板５６Ｃの両端部に対面するようにして、送電側シールド板５６Ｃの一辺の長さよりも長いバイメタル５８が設けられている。バイメタル５８の両端は、送電側シールド板５６Ｃの隅部付近でピン等（図示せず）に固定され、かつ、通常時はピン等に巻回されている。

さらに、バイメタル５８には、たとえばペルチェ素子を備えた冷却装置（移動制御機構）５９が接続されている。冷却装置５９によってバイメタル５８の温度が制御されると、バイメタル５８の変形によって送電側シールド板５６Ｃが押圧され、所定の距離だけ移動させられる。このように、冷却装置５９は、送電側シールド板５６Ｃの移動距離を調整する。冷却装置５９によれば、冷却装置５９を通る電流の極性を反転させることにより、熱の移動方向を制御し、吸熱と放熱を切り替え制御可能である。特に、コイル装置の内部は、渦電流や導線での発熱により温度が上昇する傾向にあるため、バイメタル５８の温度制御は、温めることよりも、冷却することの方が重要である。

このようなコイル装置によれば、バイメタル５８によって送電側シールド板５６Ｃを移動させることにより、コイル部の導線と渦電流遮断部との位置関係が変わり、渦電流の経路が変化する。よって、送電側シールド板５６Ｃを移動させることにより、所望のインダクタンスに調整することができる。しかも、冷却装置５９によって、送電側シールド板５６Ｃの移動距離を能動的に制御することができる。

以上、本発明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られない。たとえば、図８（ａ）に示されるように、円形の渦巻状に導線６１を巻回したサーキュラー型のコイルにおいて、放射状に延びる６本のスリット５０Ｄが設けられた２枚の第１シールド板６５ａおよび第２シールド板６５ｂを用いてもよい。スリット５０Ｄは、導線６１の延在方向（すなわち弧状の導線６１の接線方向）にほぼ直交する方向に延びている。このような送電側シールド板６５に対して移動機構や冷却装置を適用してもよい。このようなコイル装置によっても、上記第４実施形態と同様の作用・効果が奏される。

図８（ｂ）に示されるように、矩形の渦巻状に導線６２を巻回したサーキュラー型のコイルにおいて、十字型のスリット５０Ｅが設けられた２枚の第１シールド板６６ａおよび第２シールド板６６ｂを用いてもよい。スリット５０Ｅは、導線６２の延在方向にほぼ直交する方向に延びている。このような送電側シールド板６６に対して移動機構や冷却装置を適用してもよい。このようなコイル装置によっても、上記第４実施形態等と同様の作用・効果が奏される。

図８（ｃ）に示されるように、矩形の渦巻状に導線６３を巻回したサーキュラー型のコイルにおいて、格子状のスリット５０Ｆが設けられた２枚の第１シールド板６７ａおよび第２シールド板６７ｂを用いてもよい。スリット５０Ｆは、導線６３の延在方向にほぼ直交する方向に延びている。このような送電側シールド板６７に対して移動機構や冷却装置を適用してもよい。このようなコイル装置によっても、上記第４実施形態等と同様の作用・効果が奏される。

上記の実施形態では、渦電流遮断部として、非磁性のシールド板に長孔部であるスリットが形成される場合について説明したが、長孔部に限られず、円形または楕円形の孔部が設けられてもよく、正方形の孔部が設けられてもよい。また、渦電流遮断部として、スリット等の貫通孔が形成される場合に限られず、貫通していない凹部が設けられてもよい。渦電流遮断部として、所定の方向に延びた凹部である溝部が形成されてもよい。これらの場合、凹部は、コイル装置の対向方向に窪んだ形状に形成される。

スリットまたは溝部は、導線の延在方向に直交する方向に延びる場合に限られず、９０度以外の方向（鋭角をなす方向）に延びていてもよい。２枚のシールド板を用いる場合において、孔部または凹部は、異なるパターンで形成されていてもよい。対向するコイル装置に近い方のシールド板に孔部または凹部（渦電流遮断部）が形成され、対向するコイル装置から遠い方のシールド板には孔部または凹部（渦電流遮断部）が形成されていなくてもよい。一方のシールド板に渦電流遮断部が設けられ、他方のシールド板に渦電流遮断部が設けられない構成によれば、磁界放射を低減することができる。また、渦電流遮断部が設けられないシールド板（他方のシールド板）は、同一の材質で形成されず、領域毎に異なる材質で形成されてもよい。この場合、一方のシールド板の渦電流遮断部と重なる他方のシールド板の領域の材質によってインダクタンスを変化させることができる。

移動制御機構として、第５実施形態のバイメタル５８に水冷または空冷の冷却装置を組み合わせてもよい。移動機構として、空気式アクチュエータを用いてもよい。その場合、ポンプを備える構成とすることができる。

上記の実施形態では、移動機構は複数のシールド板を移動させるものとして説明したが、移動機構は、１枚のシールド板を移動させるために設けられてもよい。１枚のシールド板の移動により、シールド板に設けられた渦電流遮断部のコイル部に対する位置が変わる。これにより、渦電流が遮断される位置（もしくは、渦電流の経路）が変わるため、それに伴いインダクタンスが変化する。

上記の実施形態では、非接触給電システムを、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両（移動体）に搭載されたバッテリを充電するためのシステム（装置）に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、例えば家庭用電化製品等の民生用機器に設けられたバッテリを充電するための非接触給電システムや、産業用機器（例えば、ステージ、アーム、クレーン、ロボット等）を駆動する電力を供給するための非接触給電システム等にも本発明を適用することができる。本発明は、誘導加熱システムにも適用することができる。

本発明のコイル装置は、送電側のコイル装置にも受電側のコイル装置にも適用することができる。

１ 非接触給電システム
３ 送電装置
４ 受電装置
１４ 送電コイル装置
１５ 送電コイル部
１５Ａ、１５Ｂ コイル部
１６ 送電側シールド板（非磁性部材）
１６Ａ 送電側シールド板（非磁性部材）
２５ 受電コイル装置
２６ 受電コイル部
２７ 受電側シールド板（非磁性部材）
４０ 渦電流遮断部
４０ａ スリット
５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄ、５０Ｅ、５０Ｆ スリット
５１ 導線
５２ 導線
５３ シート状部材
５６ａ 第１シールド板
５６ｂ 第２シールド板
５６Ｂ 送電側シールド板
５７ 移動機構
５８ バイメタル（移動機構）
５９ 冷却装置
６５、６６、６７ 送電側シールド板
６５ａ、６６ａ、６７ａ 第１シールド板
６５ｂ、６６ｂ、６７ｂ 第２シールド板

Claims (9)

1. 他のコイル装置に対向し、非接触で送電または受電を行うためのコイル装置であって、
   前記他のコイル装置の第２コイル部に対向し、導線を含む第１コイル部と、
   前記第２コイル部に対向する側と反対側に配置される複数の非磁性部材とを備え、
   前記非磁性部材は、前記非磁性部材に形成される渦電流の一部を遮ることによりその渦電流の状態を変化させる渦電流遮断部を含み、
   複数の前記非磁性部材は、第１非磁性部材と、前記第１非磁性部材よりも前記第２コイル部から離れる側で前記第１非磁性部材に隣接して配置された第２非磁性部材とを含み、
   前記第１非磁性部材と前記第２非磁性部材との間に設けられ、前記第１非磁性部材および前記第２非磁性部材に密接可能な導電性のシート状部材を含む、コイル装置。
2. 前記渦電流遮断部は、前記非磁性部材に設けられて前記第２コイル部との対向方向に前記非磁性部材を貫通する孔部またはその対向方向に窪んだ凹部である、請求項１に記載のコイル装置。
3. 前記第２コイル部との対向方向に直交する方向に前記非磁性部材を移動させる移動機構を更に備える、請求項１または２に記載のコイル装置。
4. 前記移動機構を制御して前記移動機構による前記非磁性部材の移動距離を調整する移動制御機構を備える、請求項３に記載のコイル装置。
5. 前記第１非磁性部材および前記第２非磁性部材のそれぞれは、前記渦電流遮断部である孔部を含んでおり、前記第１非磁性部材の第１孔部と前記第２非磁性部材の第２孔部とは、同様のパターンで形成されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載のコイル装置。
6. 前記第１非磁性部材および前記第２非磁性部材のそれぞれは、前記渦電流遮断部である孔部を含んでおり、前記第１非磁性部材の第１孔部と前記第２非磁性部材の第２孔部とは、異なるパターンで形成されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載のコイル装置。
7. 前記第１非磁性部材は前記渦電流遮断部である孔部を含み、
   前記第２非磁性部材は前記渦電流遮断部を有していない、請求項１〜４のいずれか一項に記載のコイル装置。
8. 前記渦電流遮断部は、前記第２コイル部との対向方向に直交する方向に延びる長孔部または溝部であり、
   前記長孔部または溝部は、前記第１コイル部における前記導線の延在方向に交差する方向に延びている、請求項１〜７のいずれか一項に記載のコイル装置。
9. 前記長孔部または溝部は、前記直交する方向において前記第１コイル部よりも外側に突出している、請求項８に記載のコイル装置。

Images