共鳴コイル、送電装置、受電装置および電力送電システム
【課題】位置ずれしても送電効率または受電効率の低減を抑制することができると共に、薄型化が図られた共鳴コイルを提供する。
【解決手段】共鳴コイルは、電流が流れることで形成される磁界の向きが同じ向きとされた複数の単位コイル１，２，３，４を含む共鳴コイルであって、複数の単位コイル１，２，３，４は、コイル中心線Ｏの周囲に配置され、共鳴コイルをコイル中心線Ｏ上から見ると、共鳴コイルを形成するコイル線５は互いに重ならないように形成される。
【解決手段】共鳴コイルは、電流が流れることで形成される磁界の向きが同じ向きとされた複数の単位コイル１，２，３，４を含む共鳴コイルであって、複数の単位コイル１，２，３，４は、コイル中心線Ｏの周囲に配置され、共鳴コイルをコイル中心線Ｏ上から見ると、共鳴コイルを形成するコイル線５は互いに重ならないように形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共鳴コイル、送電装置、受電装置および電力送電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境への配慮からバッテリなどの電力を用いて駆動輪を駆動させるハイブリッド車両や電気自動車などが着目されている。
【０００３】
特に近年は、上記のようなバッテリを搭載した電動車両において、プラグなどを用いずに非接触でバッテリを充電可能なワイヤレス充電が着目されている。そして、最近では非接触の充電方式においても各種の充電方式が提案されており、特に、共鳴現象を利用することで非接触で電力を伝送する技術が脚光を浴びている。
【０００４】
たとえば、特開２０１０−７３９７６号公報に記載された車両および給電装置は、それぞれ通信コイルを備える。車両に搭載された通信コイルは、共鳴コイルと、受電コイルとを含み、給電装置に搭載された通信コイルは、共鳴コイルと給電コイルとを含む。そして、給電装置に搭載された共鳴コイルと、車両に搭載された共鳴コイルとの間で、共鳴現象を利用して電力の非接触伝送がなされている。
【０００５】
下記の「電磁界共鳴型電力伝送システムのアンテナ形状に関する一検討」には、送電用の共鳴コイルと、受電用の共鳴コイルとが位置ずれしたとしても、送電効率の低減を抑制することに着目した共鳴コイルが提案されている。
【０００６】
なお、特開２００３−７９５９７号公報に記載されているように、従来から核磁気共鳴現象を利用して体内の断面を画像化するＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging：核磁気共鳴撮像法）などの撮像装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−７３９７６号公報
【特許文献２】特開２００３−７９５９７号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】門井優文、菊間信良、平山裕、榊原久二男、「電磁界共鳴型電力伝送システムのアンテナ形状に関する一検討」、２０１０年電子情報通信学会ソサイエティ大会、通信公演論文集１第１１頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特開２０１０−７３９７６号公報に記載された共鳴コイルにおいては、車両側に搭載された共鳴コイルと、設備側の共鳴コイルとが位置ずれすると、電力の送電効率が著しく低下する。
【００１０】
「電磁界共鳴型電力伝送システムのアンテナ形状に関する一検討」に記載された共鳴コイルにおいては、共鳴コイルを形成するコイル線は高さ方向に重なる部分がある。当該コイル線の重なり部分においては、コイル線間の絶縁性を確保するために、各コイル線同士を高さ方向に所定の距離を開ける必要がある。この結果、共鳴コイルが高さ方向に厚くなる。
【００１１】
なお、特開２００３−７９５９７号公報に記載された撮像装置が利用する核磁気共鳴現象とは、簡単に説明すると、水の水素原子に磁気を当てると、共鳴して信号を発生する現象のことである。身体の部位および臓器によって水分量（水素原子の量）が異なるため、ＭＲＩは、人に身体に磁気を照射し、上記核磁気共鳴現象によって発せられた信号を適宜受信し、受信した信号に基づいて身体の断面画像を作成している。
【００１２】
このように、ＭＲＩなどが利用する核磁気共鳴現象と、電力の送電や受電で利用される電磁界共振結合とは異なる現象を利用するものであり、その構造も全く異なる。
【００１３】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、位置ずれしても送電効率または受電効率の低減を抑制することができると共に、薄型化が図られた共鳴コイルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る共鳴コイルは、電流が流れることで形成される磁界の向きが同じ向きとされた複数の単位コイルを含む共鳴コイルである。上記複数の単位コイルは、コイル中心線の周囲に配置される。上記共鳴コイルをコイル中心線上から見ると、共鳴コイルを形成するコイル線は互いに重ならないように形成される。
【００１５】
好ましくは、共鳴コイルは、上記コイル中心線の周囲を取り囲むように延びるコイル線によって形成されると共に、第１接続端部および第２接続端部を含む外側導線部と、一端が第１接続端部に接続されて他端が第２接続端部に接続されると共に、外側導線部によって囲まれる領域内に配置され、コイル線によって形成された内側導線部とを備える。上記外側導線部によって囲まれる第１領域内には、内側導線部と外側導線部とによって囲まれた複数の第２領域が形成される。上記第２領域を囲む外側導線部および内側導線部によって単位コイルが形成される。
【００１６】
好ましくは、上記外側導線部は、コイル線を曲げて形成され、内側導線部は、第１接続端部および第２接続端部からコイル線を曲げて形成される。好ましくは、上記第１接続端部と第２接続端部と内側導線部とによって囲まれる第３領域の面積よりも、複数の第２領域が占める面積の方が広い。
【００１７】
好ましくは、上記内側導線部は、外側導線部からコイル中心線側に向かう方向に延びる幹部と、幹部から分岐するよう延び、コイル線によって形成された枝部とを含む。
【００１８】
好ましくは、上記外側導線部は、第１接続端部および第２接続端部が形成された第１辺部と、一端が第１辺部の一端に接続された第２辺部と、一端が第１辺部の他端に接続された第３辺部と、第２辺部の他端および第３辺部の他端を接続する第４辺部とを含む。上記幹部は、第１辺部から第４辺部に向けて延び、内側導線部は、幹部から第２辺部に向けて延びる第１枝部と、幹部から第３辺部に向けて延びる第２枝部とを含む。
【００１９】
好ましくは、共鳴コイルは、コイル中心線の周囲を取り囲むように延びるコイル線によって形成されると共に、第１接続端部および第２接続端部を含む外側導線部と、一端が第１接続端部に接続されて他端が第２接続端部に接続されると共に、外側導線部によって囲まれる領域内に配置され、コイル線によって形成された内側導線部とを備える。上記外側導線部によって囲まれる第１領域内には、内側導線部と外側導線部とによって囲まれた複数の第２領域と、第１接続端部と第２接続端部と内側導線部とによって囲まれる第３領域と、第３領域以外の領域であって、内側導線部によって囲まれた複数の第４領域とが形成される。上記単位コイルは、第２領域を囲む内側導線部および外側導線部と、第４領域を形成する内側導線部とによって形成される。
【００２０】
好ましくは、上記複数の第２領域と複数の第４領域とが占める領域の面積は、第３領域が占める領域の面積よりも広い。
【００２１】
好ましくは、上記内側導線部は、外側導線部からコイル中心線側に向かう方向に延る幹部と、幹部から分岐するように形成された枝部と、枝部の長さ方向の中間部から突出するように形成された突出部とを含む。
【００２２】
好ましくは、上記内側導線部は、外側導線部の延在方向に間隔をあけて複数形成される。本発明に係る送電装置は、上記コイル線が仮想平面上に位置するように形成される。好ましくは、受電装置に設けられた受電用共鳴コイルと電磁界共振結合する送電用共鳴コイルと、外部電源から電力が供給され、電磁誘導によって送電用共鳴コイルに電力を供給する第１コイルとを備える。上記送電用共鳴コイルは、請求項１から請求項１１のいずれかに記載の共鳴コイルである。
【００２３】
本発明に係る受電装置は、送電装置に設けられた送電用共鳴コイルと電磁界共振結合する受電用共鳴コイルと、電磁誘導によって受電用共鳴コイルから電力を受け取る第２コイルとを備える。上記受電用共鳴コイルは、請求項１から請求項１１のいずれかに記載の共鳴コイルである。本発明に係る電力送電システムは、上記送電装置と、上記受電装置とを備える。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る共鳴コイルによれば、位置ずれしたとしても送電または受電効率の低減を抑制することができ、さらに、共鳴コイルの薄型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本実施の形態１の形態に係る電動車両１００と、電動車両１００に電力を給電する外部給電装置２００とを模式的に示す模式図である。
【図２】共鳴法による送電および受電の原理を説明するための模式図である。
【図３】電流源（磁流源）からの距離と電磁界の強度との関係を示した図である。
【図４】設備側コイルユニット２０１から車両側コイルユニット１０１に電力を送電するときにおける車両側共鳴コイル１１０と、設備側共鳴コイル２４０と模式的に示す斜視図である。
【図５】車両側共鳴コイル１１０を示す平面図である。
【図６】車両側共鳴コイル１１０に電流が流れたときの様子を示す平面図である。
【図７】受電時における車両側共鳴コイル１１０の様子を示す平面図である。
【図８】設備側共鳴コイル２４０と車両側共鳴コイル１１０との間で電力の送電および受電がなされているときにおいて、設備側共鳴コイル２４０と、車両側共鳴コイル１１０とが水平方向に位置ずれした状態を示す平面図である。
【図９】本実施の形態２に係る車両側共鳴コイル１１０を示す平面図である。
【図１０】車両側共鳴コイル１１０に電流が流れたときの様子を示す平面図である。
【図１１】本実施の形態に係る設備側共鳴コイル２４０を示す平面図である。
【図１２】車両側共鳴コイル１１０の第１変形例を示す平面図である。
【図１３】車両側共鳴コイル１１０の第２変形例を示す平面図である。
【図１４】車両側共鳴コイル１１０の第３変形例を示す平面図である。
【図１５】第１比較例としての共鳴コイルモデル１１０Ａを示す斜視図である。
【図１６】図１５に示す共鳴コイルモデル１１０Ａを用いて電力を送電・受電したときの送電・受電効率を示すグラフである。
【図１７】第２比較例としての共鳴コイル１１０Ｂを示す斜視図である。
【図１８】図１７に示す共鳴コイル１１０Ｂをモデル化した共鳴コイルモデル１１０Ｃの斜視図である。
【図１９】図１８に示す共鳴コイルモデル１１０Ｃを用いて電力を送電・受電したときの送電・受電効率を示すグラフである。
【図２０】第３比較例としての共鳴コイル１１０Ｅを示す斜視図である。
【図２１】図２０に示す共鳴コイル１１０Ｅをモデル化した共鳴コイルモデル１１０Ｆを示す斜視図である。
【図２２】２つの共鳴コイルモデル１１０Ｆの間で送電・受電をシミュレーションした結果を示すグラフである。
【図２３】本実施の形態１に係る車両側共鳴コイル１１０をモデル化したときの共鳴コイルモデル１１０Ｇを示す斜視図である。
【図２４】図２３に示す共鳴コイルモデル１１０Ｇを用いて電力を送電・受電したときの送電・受電効率を示すグラフである。
【図２５】図９に示す車両側共鳴コイル１１０をモデル化した共鳴コイルモデル１１０Ｈを示す斜視図である。
【図２６】図２５に示す共鳴コイルモデル１１０Ｈを用いて電力を送電・受電したときの送電・受電効率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
（実施の形態１）
図１から図８を用いて、本発明の実施１の形態に係る車両および外部給電装置について説明する。
【００２７】
図１は、本実施の形態１の形態に係る電動車両１００と、電動車両１００に電力を給電する外部給電装置２００とを含む送電・受電システムを模式的に示す模式図である。
【００２８】
電動車両１００は、外部給電装置２００が設けられた駐車スペース２０２の所定位置に停車して、主に、外部給電装置２００から電力を受電する。なお、電動車両１００は、外部給電装置２００に電力を供給することもできる。
【００２９】
駐車スペース２０２には、電動車両１００を所定の位置に停車するように、輪止やラインが設けられている。
【００３０】
外部給電装置２００は、交流電源２１０に接続された高周波電力ドライバ２２０と、この高周波電力ドライバ２２０に接続された設備側コイルユニット２０１とを含む。設備側コイルユニット２０１は、主に、非接触電力送電装置として機能し、設備側コイルユニット２０１は、設備側共鳴コイル２４０と、設備側共鳴コイル２４０に接続された設備側キャパシタ２５０と、設備側共鳴コイル２４０と電気的に接続される設備側電磁誘導コイル２３０とを含む。
【００３１】
交流電源２１０は、車両外部の電源であり、たとえば、系統電源である。高周波電力ドライバ２２０は、交流電源２１０から受け取る電力を高周波の電力に変換し、その変換した高周波電力を設備側電磁誘導コイル２３０に供給する。なお、高周波電力ドライバ２２０が生成する高周波電力の周波数は、たとえば１Ｍ〜数十ＭＨｚである。
【００３２】
設備側電磁誘導コイル２３０は、上記の高周波電力が供給されることで、設備側電磁誘導コイル２３０から発生する磁束量が経時的に変化する。
【００３３】
設備側共鳴コイル２４０は、設備側電磁誘導コイル２３０と電磁誘導結合しており、設備側共鳴コイル２４０からの磁束量が変化することで、電磁誘導により設備側共鳴コイル２４０にも高周波の電流が流れる。
【００３４】
この際、設備側共鳴コイル２４０に流れる高周波電流の周波数と、設備側電磁誘導コイル２３０のリラクタンスおよび設備側キャパシタ２５０の容量Ｃによって決まる共振周波数とが実質的に一致するように、設備側電磁誘導コイル２３０に電流が供給される。設備側共鳴コイル２４０および設備側キャパシタ２５０は、ＬＣ共振器として機能する。
【００３５】
そして、設備側共鳴コイル２４０の周囲に当該共振周波数と実質的に同じ周波数の電界および磁界が形成される。このようにして、設備側共鳴コイル２４０の周囲には、所定周波数の電磁場（電磁界）が形成される。
【００３６】
そして、電動車両１００は、設備側共鳴コイル２４０および設備側キャパシタ２５０によって形成されたＬＣ共振器と同じ共振周波数を持つＬＣ共振器を備えており、当該ＬＣ共振器と、設備側共鳴コイル２４０および設備側キャパシタ２５０によって形成されたＬＣ共振器とが電磁界共振結合することで、外部給電装置２００から電動車両１００に電力が送電される。
【００３７】
なお、電動車両１００と外部給電装置２００とは、設備側共鳴コイル２４０および設備側キャパシタ２５０によって形成される電磁場のうち、近接場（エバネッセント場）を主に利用して、外部給電装置２００側から電動車両１００に電力を供給している。当該電磁共鳴法を利用したワイヤレス送電・受電方法の詳細については、後述する。
【００３８】
電動車両１００は、主に非接触電力受電装置として機能する車両側コイルユニット１０１と、車両側コイルユニット１０１に接続された整流器１３０と、整流器１３０に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ１４０と、このＤＣ／ＤＣコンバータ１４０に接続されたバッテリ１５０と、パワーコントロールユニット（ＰＣＵ（Power Control Unit））１６０と、このパワーコントロールユニット１６０に接続されたモータユニット１７０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０やパワーコントロールユニット１６０などの駆動を制御する車両ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１８０とを備える。
【００３９】
なお、本実施の形態に係る電動車両１００は、図示しないエンジンを備えたハイブリッド車両であるが、モータにより駆動される車両であれば、電気自動車や燃料電池車両も含む。
【００４０】
車両側コイルユニット１０１は、車両側共鳴コイル１１０と、この車両側共鳴コイル１１０に接続された車両側キャパシタ１１１と、車両側共鳴コイル１１０と電磁誘導により結合する車両側電磁誘導コイル１２０とを含む。なお、車両側コイルユニット１０１の詳細な構成については後述する。
【００４１】
車両側共鳴コイル１１０と車両側キャパシタ１１１は、ＬＣ共振器を構成しており、車両側共鳴コイル１１０および車両側キャパシタ１１１によって形成されたＬＣ共振器の共振周波数と、設備側共鳴コイル２４０および設備側キャパシタ２５０によって形成されたＬＣ共振器の共振周波数とは実質的に一致している。
【００４２】
ここで設備側共鳴コイル２４０に、当該ＬＣ共振器の共振周波数と同じ周波数の高周波電流が供給されると、周波数が当該共振周波数の電磁場（電磁界）が発生する。
【００４３】
そして、設備側共鳴コイル２４０から、たとえば、数ｍ以内程度の範囲内に、車両側共鳴コイル１１０が配置されると、車両側共鳴コイル１１０および車両側キャパシタ１１１によって形成されるＬＣ共振器が共鳴して、車両側共鳴コイル１１０に電流が流れる。このように、車両側共鳴コイル１１０と、設備側共鳴コイル２４０とは、電磁界共振結合する。
【００４４】
車両側電磁誘導コイル１２０は、車両側共鳴コイル１１０と電磁誘導結合して、車両側共鳴コイル１１０が受電した電力を取り出す。車両側電磁誘導コイル１２０が車両側共鳴コイル１１０から順次電力を取り出すことで、電磁場を介して車両側共鳴コイル１１０に設備側共鳴コイル２４０から順次電力が供給される。このように、車両側コイルユニット１０１と、設備側コイルユニット２０１とは、所謂、電磁共鳴方式のワイヤレス送電・受電方式が採用されている。
【００４５】
整流器１３０は、車両側電磁誘導コイル１２０に接続されており、車両側電磁誘導コイル１２０から供給される交流電流を直流電流に変換して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０に供給する。
【００４６】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０は、整流器１３０から供給された直流電流の電圧を調整して、バッテリ１５０に供給する。
【００４７】
パワーコントロールユニット１６０は、バッテリ１５０に接続されたコンバータと、このコンバータに接続されたインバータとを含み、コンバータは、バッテリ１５０から供給される直流電流を調整（昇圧）して、インバータに供給する。インバータは、コンバータから供給される直流電流を交流電流に変換して、モータユニット１７０に供給する。
【００４８】
モータユニット１７０は、たとえば、三相交流モータなどが採用されており、パワーコントロールユニット１６０のインバータから供給される交流電流によって駆動する。
【００４９】
なお、バッテリ１５０に蓄積された電力を交流電源２１０に供給する際には、たとえば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０がバッテリ１５０からの電流を昇圧して、整流器１３０に供給する。整流器１３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０からの直流電流を高周波電流に変換する。この高周波電流の周波数は、上記の共振周波数とされている。
【００５０】
整流器１３０は、この高周波電流を車両側電磁誘導コイル１２０に供給する。車両側共鳴コイル１１０は、電磁誘導によって車両側電磁誘導コイル１２０から高周波電流を受け取る。この高周波電流の周波数は、共振周波数と実質的に一致しており、車両側共鳴コイル１１０および車両側キャパシタ１１１によって形成されたＬＣ共振器が共振する。そして、車両側共鳴コイル１１０の周囲に周波数が上記共振周波数とされた電磁場（電磁界）が形成される。
【００５１】
そして、車両側共鳴コイル１１０から、たとえば、数ｍ程度の範囲内に設備側共鳴コイル２４０が配置されることで、設備側共鳴コイル２４０および設備側キャパシタ２５０によって形成されるＬＣ共振器が共鳴する。そして、設備側共鳴コイル２４０に供給された電力は、電磁誘導によって設備側電磁誘導コイル２３０に引き出される。設備側共鳴コイル２４０に引き出された電力は、高周波電力ドライバ２２０を通って、交流電源２１０に供給される。
【００５２】
なお、電動車両１００がハイブリッド車両の場合には、電動車両１００は、エンジン、動力分割機構とをさらに備え、モータユニット１７０は、発電機として主に機能するモータジェネレータと、電動機として主に機能するモータジェネレータとを含む。
【００５３】
上記のように本実施の形態１に係る車両側コイルユニット１０１と設備側コイルユニット２０１との間は、ワイヤレス送電・受電方式であって、電磁場を利用した共鳴法が採用されている。
【００５４】
図２は、共鳴法による送電および受電の原理を説明するための模式図であって、この図２を用いて、共鳴法による送電および受電の原理を説明する。
【００５５】
図２を参照して、この共鳴法では、２つの音叉が共鳴するのと同様に、同じ固有振動数を有する２つのＬＣ共振コイルが電磁場（近接場）において共鳴することによって、一方のコイルから他方のコイルへ電磁場を介して電力が伝送される。
【００５６】
具体的には、高周波電源３１０に一次コイル３２０を接続し、電磁誘導により一次コイル３２０と磁気的に結合される一次自己共振コイル３３０へ、１Ｍから数十ＭＨｚの高周波電力を給電する。一次自己共振コイル３３０は、コイル自身のインダクタンスと浮遊容量（コイルにコンデンサが接続される場合には、コンデンサの容量を含む）とによるＬＣ共振器であり、一次自己共振コイル３３０と同じ共振周波数を有する二次自己共振コイル３４０と電磁場（近接場）を介して共鳴する。そうすると、一次自己共振コイル３３０から二次自己共振コイル３４０へ電磁場を介してエネルギー（電力）が移動する。二次自己共振コイル３４０へ移動したエネルギー（電力）は、電磁誘導により二次自己共振コイル３４０と磁気的に結合される二次コイル３５０によって取出され、負荷３６０へ供給される。なお、共鳴法による送電は、一次自己共振コイル３３０と二次自己共振コイル３４０との共鳴強度を示すＱ値がたとえば１００よりも大きいときに実現される。
【００５７】
なお、図２の構成と図１の構成の対応関係を示すと、図１に示す交流電源２１０および高周波電力ドライバ２２０は、図２の高周波電源３１０に相当する。また、図１に示す設備側電磁誘導コイル２３０は、図２の一次コイル３２０に相当する。さらに、図１に示す設備側共鳴コイル２４０および設備側キャパシタ２５０は、図３の一次自己共振コイル３３０および一次自己共振コイル３３０の浮遊容量に相当する。
【００５８】
図１に示す車両側共鳴コイル１１０および車両側キャパシタ１１１は、図２に示す二次自己共振コイル３４０および二次自己共振コイル３４０の浮遊容量とに相当する。
【００５９】
図１に示す車両側電磁誘導コイル１２０は、図２の二次コイル３５０に相当する。そして、図１に示す整流器１３０、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０およびバッテリ１５０は、図２に示す負荷３６０に相当する。
【００６０】
さらに、本実施の形態１に係るワイヤレス送電・受電方式は、電磁界の「静電界」が支配的な近接場（エバネッセント場）を利用することで、送電および受電効率の向上が図られている。
【００６１】
図３は、電流源（磁流源）からの距離と電磁界の強度との関係を示した図である。図３を参照して、電磁界は３つの成分から成る。曲線ｋ１は、波源からの距離に反比例した成分であり、「輻射電界」と称される。曲線ｋ２は、波源からの距離の２乗に反比例した成分であり、「誘導電界」と称される。また、曲線ｋ３は、波源からの距離の３乗に反比例した成分であり、「静電界」と称される。
【００６２】
「静電界」は、波源からの距離とともに急激に電磁波の強度が減少する領域であり、共鳴法では、この「静電界」が支配的な近接場（エバネッセント場）を利用してエネルギー（電力）の伝送が行なわれる。すなわち、「静電界」が支配的な近接場において、同じ固有振動数を有する一対の共鳴器（たとえば一対のＬＣ共振コイル）を共鳴させることにより、一方の共鳴器（一次自己共振コイル）から他方の共鳴器（二次自己共振コイル）へエネルギー（電力）を伝送する。この「静電界」は遠方にエネルギーを伝播しないので、遠方までエネルギーを伝播する「輻射電界」によってエネルギー（電力）を伝送する電磁波に比べて、共鳴法は、より少ないエネルギー損失で送電することができる。
【００６３】
このように、本実施の形態１に係る電動車両１００と、外部給電装置２００とは、電磁場の近接場の共鳴を利用して、電動車両１００の車両側コイルユニット１０１と、外部給電装置２００の設備側コイルユニット２０１との間で電力の送電や受電を行っている。
【００６４】
なお、図４は、設備側コイルユニット２０１から車両側コイルユニット１０１に電力を送電するときにおける車両側共鳴コイル１１０と、設備側共鳴コイル２４０と模式的に示す斜視図である。
【００６５】
このように、電力送電を行う際には、車両側共鳴コイル１１０と設備側共鳴コイル２４０とは互いに対向するように配置される。
【００６６】
この図４からも明らかなように、車両側共鳴コイル１１０と設備側共鳴コイル２４０とは、実質的に同一構造とされている。
【００６７】
図５は、車両側共鳴コイル１１０を示す平面図である。この図５を参照して、車両側共鳴コイル１１０は、コイル線５を曲げて形成されており、このコイル線５は巻回中心線Ｏの周囲を延びるように形成されている。
【００６８】
車両側共鳴コイル１１０は、巻回中心線Ｏの周囲を取り囲むようにコイル線５を曲げて形成された外側導線部１０と、この外側導線部１０に接続されると共に、外側導線部１０によって囲まれる領域内に配置され、コイル線５によって形成された内側導線部１１とを含む。
【００６９】
本実施の形態においては、外側導線部１０は、方形形状とされているが、外側導線部１０の形状としては円形、多角形形状、楕円形など様々な形状を採用することができることはいうまでもない。
【００７０】
外側導線部１０は、辺部１２と、一端が辺部１２の一端に接続された辺部１３と、一端が辺部１２の他端に接続された辺部１５と、辺部１３の他端および辺部１５の他端を接続する辺部１４とを含む。各辺部１２〜１５の長さは、たとえば、１ｍ程度とされている。
【００７１】
辺部１２には接続端部１６および接続端部１７が形成されている。内側導線部１１の一端は、接続端部１６に接続され、内側導線部１１の他端は接続端部１７に接続されている。
【００７２】
内側導線部１１は、外側導線部１０から巻回中心線Ｏに向かう方向に延びる幹部２０と、この幹部２０から分岐するように形成された枝部２１，２２とを含む。
【００７３】
幹部２０は、辺部１２から辺部１４に向けて延びており、巻回中心線Ｏを超えて、辺部１４の近傍にまで達している。
【００７４】
幹部２０は、互いに略平行に配置された幹線部２３および幹線部２４を含む。幹線部２３は、接続端部１６に接続され、接続端部１６から辺部１４の近傍に達するように延びている。幹線部２４は、接続端部１７に接続され、接続端部１７から辺部１４の近傍に達するように形成されている。幹線部２３および幹線部２４の先端部には、車両側キャパシタ１１１が接続されている。
【００７５】
なお、この図５に示す例においては、外側導線部１０および内側導線部１１は、１本のコイル線５を曲げて形成されており、外側導線部１０と内側導線部１１とは一体的に接続されている。
【００７６】
幹線部２３の長さ方向中央部には、接続端部２５，２６が形成されており、幹線部２４の長さ方向の中央部には、接続端部２７，２８が形成されている。
【００７７】
接続端部２５，２６には、枝部２２が接続されており、接続端部２７，２８には、枝部２１が接続されている。
【００７８】
枝部２２の一端は、接続端部２５に接続され、枝部２２の他端は接続端部２６に接続されている。枝部２２は、幹部２０から分岐するように形成されており、枝部２２は、コイル線５を曲げて形成されている。
【００７９】
具体的には、枝部２２は、接続端部２５からコイル線５を曲げて形成された分岐導線部３０と、分岐導線部３０の先端部からコイル線５を曲げて形成された分岐導線部３１と、分岐導線部３１の先端部でコイル線５を曲げて形成された分岐導線部３２とを含み、分岐導線部３２の先端部が接続端部２６に接続されている。
【００８０】
枝部２１は、接続端部２７からコイル線５を曲げて分岐導線部３３と、分岐導線部３３の先端部でコイル線５を曲げて形成された分岐導線部３４と、この分岐導線部３４の先端部でコイル線５を曲げて形成された分岐導線部３５とを含み、分岐導線部３５の先端部が接続端部２８に接続されている。
【００８１】
幹線部２３および幹線部２４の間隔と、分岐導線部３０および分岐導線部３２の間隔と、分岐導線部３５および分岐導線部３３の間隔は、いずれも、５ｃｍ程度とされている。そして、分岐導線部３１および辺部１３の間隔と、分岐導線部３４および辺部１５の間隔とは、たとえば、５ｃｍ程度とされている。このように、近接するコイル線間の距離は、絶縁性が確保できる程度の距離とされている。
【００８２】
外側導線部１０によって囲まれる領域内には、内側導線部１１と外側導線部１０とによって囲まれる複数の領域Ｒ１〜Ｒ４が形成されている。
【００８３】
辺部１３の一部と、辺部１２の一部と、幹線部２３と、分岐導線部３０とによって、領域Ｒ１が囲まれている。そして、領域Ｒ１を形成する辺部１３の一部と、辺部１２の一部と、幹線部２３と、分岐導線部３０とによって単位コイル１が形成されている。
【００８４】
同様に、辺部１４の一部と、辺部１３の一部と、分岐導線部３２と、幹線部２３の一部とによって領域Ｒ２が囲まれており、この領域Ｒ２を形成するコイル線によって単位コイル２が形成されている。
【００８５】
幹線部２４の一部と、分岐導線部３５と、辺部１５の一部と、辺部１４の一部とによって領域Ｒ３が囲まれており、分岐導線部３５と、辺部１５の一部と、辺部１４の一部とによって単位コイル３が形成されている。分岐導線部３３と、幹線部２４の一部と、辺部１２の一部と、辺部１５の一部とによって領域Ｒ４が囲まれており、分岐導線部３３と、幹線部２４の一部と、辺部１２の一部と、辺部１５の一部とによって単位コイル４が形成されている。
【００８６】
このように、外側導線部１０によって囲まれる領域内には、外側導線部１０と内側導線部１１とによって囲まれた複数の領域Ｒ１〜Ｒ４が形成されている。そして、外側導線部１０および内側導線部１１のうち、領域Ｒ１〜Ｒ４を形成する部分に各々単位コイルが形成されている。
【００８７】
ここで、図からも明らかなように、複数の単位コイル１〜５を含む車両側共鳴コイル１１０において、車両側共鳴コイル１１０を巻回中心線Ｏ上から車両側共鳴コイル１１０を見たときに、車両側共鳴コイル１１０を形成するコイル線５が重なる部分がない。このため、車両側共鳴コイル１１０が高さ方向に厚くなる部分がなく、車両側共鳴コイル１１０の薄型化が図られている。
【００８８】
そして、車両側共鳴コイル１１０は、コイル線５を同一仮想平面上でコイル線５を曲げることで形成されており、車両側共鳴コイル１１０の厚さは、実質的にコイル線５の厚さと一致する。この仮想平面は、巻回中心線Ｏと垂直な仮想平面である。
【００８９】
なお、図４などからも明らかなように、設備側共鳴コイル２４０も、車両側共鳴コイル１１０と同様に構成されており、設備側共鳴コイル２４０も車両側共鳴コイル１１０と同様に薄型化が図られている。
【００９０】
図５において、接続端部１６、幹線部２３、分岐導線部３０、分岐導線部３１、分岐導線部３２、幹線部２４、分岐導線部３５、分岐導線部３４、分岐導線部３３、および接続端部１７によって囲まれる領域を領域Ｒ５とする。領域Ｒ１と領域Ｒ２と領域Ｒ３と領域Ｒ４とが占める領域の合計は、領域Ｒ５が占める領域よりも大きい。
【００９１】
図６は、車両側共鳴コイル１１０に電流が流れたときの様子を示す平面図である。この図６に示すように、各単位コイル１〜４に流れる電流方向は一致しているため、単位コイル１〜４が形成する磁界の向きは、いずれも一致している。
【００９２】
図７は、受電時における車両側共鳴コイル１１０の様子を示す平面図である。
受電時には、車両側共鳴コイル１１０には、周波数が共振周波数とされた交流電流が流れ、車両側共鳴コイル１１０の周囲には、電磁界（近接場）が形成される。この図７においては、形成された電磁界のうち、強度の高い電磁界の領域である強電界領域Ｒ６を破線で示し、強電界領域Ｒ６は、車両側共鳴コイル１１０のコイル線５の周囲に形成される。ここで、外側導線部１０によって囲まれた領域のうち、大部分を単位コイル１〜４が占めるため、広い領域で強電界領域Ｒ６が形成されている。
【００９３】
なお、設備側共鳴コイル２４０も、車両側共鳴コイル１１０と同様に形成されており、設備側共鳴コイル２４０と車両側共鳴コイル１１０との間で電力の送電および受電が行われているときには、設備側共鳴コイル２４０を形成するコイル線の周囲にも、強電界領域が形成される。
【００９４】
ここで、図４に示すように、車両側共鳴コイル１１０と、設備側共鳴コイル２４０とが互いに高さ方向に配列しているときには、車両側共鳴コイル１１０と設備側共鳴コイル２４０との電気的な結合度が高くなり、設備側共鳴コイル２４０から車両側共鳴コイル１１０に良好に電力が送電される。
【００９５】
図８は、設備側共鳴コイル２４０と車両側共鳴コイル１１０との間で電力の送電および受電がなされているときにおいて、設備側共鳴コイル２４０と、車両側共鳴コイル１１０とが水平方向に位置ずれした状態を示す平面図である。
【００９６】
この図８において、設備側共鳴コイル２４０は、車両側共鳴コイル１１０と同様に、外側導線部４０と、外側導線部４０の内側に配置された内側導線部４１とを含む。そして、設備側共鳴コイル２４０には、周波数が共振周波数とされた交流電流がながれ、設備側共鳴コイル２４０の周囲には、強電界領域Ｒ７が形成されている。
【００９７】
この図８に示す状態では、車両側共鳴コイル１１０は、設備側共鳴コイル２４０に対して水平方向に位置ずれしている。
【００９８】
設備側共鳴コイル２４０には内側導線部４１が形成され、車両側共鳴コイル１１０には内側導線部１１が形成されているため、車両側共鳴コイル１１０は、強電界領域Ｒ７と多くの位置で重なり合うことがわかる。
【００９９】
このように、複数の部分で車両側共鳴コイル１１０が強電界領域Ｒ７と重なり合うことで、車両側共鳴コイル１１０と設備側共鳴コイル２４０との電気的な結合が維持され、車両側共鳴コイル１１０は設備側共鳴コイル２４０から良好に電力を受け取ることができる。
【０１００】
この結果、車両側共鳴コイル１１０が設備側共鳴コイル２４０に対して位置ずれしたとしても、送電および受電効率の低下を抑制することができる。
【０１０１】
（実施の形態２）
図９から図１４および適宜図１〜８を用いて、本実施の形態に係る車両側共鳴コイル１１０について説明する。なお、図８に示す構成のうち、上記図１から図８に示す構成と同一または相当する構成については、その説明を省略する場合がある。
【０１０２】
図９は、本実施の形態２に係る車両側共鳴コイル１１０を示す平面図である。この図９に示すように、車両側共鳴コイル１１０は、巻回中心線Ｏの周囲を取り囲むように形成された外側導線部１０と、外側導線部１０に接続されると共に、外側導線部１０によって囲まれた領域内に配置された内側導線部１１とを含む。
【０１０３】
車両側共鳴コイル１１０は、１本のコイル線５を曲げて形成されており、さらに、巻回中心線Ｏ上から車両側共鳴コイル１１０を見たときに、コイル線５に重なり部分がない。このため、本実施の形態２に係る車両側共鳴コイル１１０においても、高さ方向（巻回中心線Ｏの延在方向）の薄型化が図られている。
【０１０４】
内側導線部１１の一端は、接続端部１６に接続され、内側導線部１１の他端は、接続端部１７に接続されている。
【０１０５】
内側導線部１１は、幹線部２３および幹線部２４を含む幹部２０と、幹線部２３から分岐するように形成された、枝部５０，５１，５２と、幹部２０の幹線部２４から分岐するように形成された枝部５３，５４，５５とを含む。
【０１０６】
枝部５０，５１，５２は、幹線部２３から張り出すようコイル線５を曲げることで形成されている。枝部５０，５１，５２は、接続端部１６から幹線部２３の先端部に向けて順次配列するように形成されている。
【０１０７】
枝部５０には、枝部５０の長さ方向の中間部から突出する突出部５６，５７が形成されている。枝部５２にも、枝部５２の長さ方向の中間部から突出する突出部５８，５９が形成されている。枝部５５には、枝部５５の長さ方向の中間部から突出する突出部６２，６３が形成されている。枝部５３には、枝部５３の長さ方向の中間部から突出する突出部６０，６１が形成されている。
【０１０８】
なお、突出部５６，５７，５８，５９，６０，６１，６２，６３は、枝部５０，５２，５３，５５から張り出すようにコイル線５を曲げることで形成されており、コイル線５が高さ方向に重なり合う部分は形成されていない。
【０１０９】
外側導線部１０によって囲まれた領域内には、接続端部１６と、内側導線部１１と、接続端部１７とによって囲まれた領域Ｒ５が形成されている。
【０１１０】
そして、外側導線部１０によって囲まれた領域内であって、領域Ｒ５以外の部分には、外側導線部１０および内側導線部１１によって囲まれた複数の領域Ｒ１０，Ｒ１１，Ｒ１３，Ｒ１５，Ｒ１６，Ｒ１７，Ｒ１８，Ｒ１９，Ｒ２１，Ｒ２３，Ｒ２４，Ｒ２５と、内側導線部１１によって囲まれた領域Ｒ１２，Ｒ１４，Ｒ２０，Ｒ２２とが形成されている。
【０１１１】
具体的には、領域Ｒ１０は、辺部１２の一部と、幹線部２３の一部と、枝部５０の一部と、突出部５６の一部とによって取り囲まれている。領域Ｒ１１は、辺部１３の一部と、辺部１２の一部と、突出部５６の一部と、枝部５０の一部とによって囲まれている。領域Ｒ１２は、幹線部２３の一部と、枝部５０の一部と、突出部５７の一部と、枝部５１の一部とによって囲まれている。領域Ｒ１３は、辺部１３の一部と、突出部５７の一部と、枝部５０の一部と、枝部５１の一部とによって囲まれている。
【０１１２】
領域Ｒ１４は、枝部５１の一部と、幹線部２３の一部と、枝部５２の一部と、突出部５８の一部とによって取り囲まれている。領域Ｒ１５は、辺部１３の一部と、枝部５１の一部と、突出部５８の一部と、枝部５２の一部とによって囲まれている。
【０１１３】
領域Ｒ１６は、幹線部２３の一部と、枝部５２の一部と、突出部５９の一部と、辺部１４の一部とによって囲まれている。領域Ｒ１７は、辺部１３の一部と、突出部５９の一部と、枝部５２の一部と、辺部１４の一部とによって囲まれている。
【０１１４】
領域Ｒ１８は、辺部１４の一部と、幹線部２４の一部と、枝部５３の一部と、突出部６０の一部とによって取り囲まれている。領域Ｒ１９は、辺部１４の一部と、辺部１５の一部と、突出部６０の一部と、枝部５３の一部とによって囲まれている。領域Ｒ２０は、幹線部２４の一部と、枝部５３の一部と、突出部６１の一部と、枝部５４の一部とによって囲まれている。領域Ｒ２１は、辺部１５の一部と、突出部６１の一部と、枝部５３の一部と、枝部５４の一部とによって囲まれている。
【０１１５】
領域Ｒ２２は、枝部５４の一部と、幹線部２４の一部と、枝部５５の一部と、突出部６２の一部とによって取り囲まれている。領域Ｒ２３は、枝部５４の一部と、辺部１５の一部と、突出部６２の一部と、枝部５５の一部とによって囲まれている。領域Ｒ２４は、幹線部２４の一部と、枝部５５の一部と、突出部６３の一部と、辺部１２の一部とによって囲まれている。領域Ｒ２５は、枝部５５の一部と、突出部６３の一部と、辺部１２の一部と、辺部１５の一部とによって囲まれている。
【０１１６】
図１０は、車両側共鳴コイル１１０に電流が流れたときの様子を示す平面図である。この図１０および図１１において、車両側共鳴コイル１１０には、複数の単位コイル７０〜８５が形成されている。
【０１１７】
ここで、単位コイル７０，７１，７３，７５，７６，７７，７８，７９，８１，８３，８４，８５は、外側導線部１０および内側導線部１１のうち、領域Ｒ１０，Ｒ１１，Ｒ１３，Ｒ１５，Ｒ１７，Ｒ１６，Ｒ１８，Ｒ１９，Ｒ２１，Ｒ２３，Ｒ２４，Ｒ２５を囲む部分によって形成されている。
【０１１８】
単位コイル７２，７４，８０，８２は、内側導線部１１のうち、領域Ｒ１２，Ｒ１４，Ｒ２０，Ｒ２２を囲む部分によって形成されている。
【０１１９】
なお、図１０からも明らかなように、車両側共鳴コイル１１０に電流が流れた際に、各単位コイル７０〜８５が形成する磁界の方向は一致していることがわかる。
【０１２０】
図１１は、本実施の形態に係る設備側共鳴コイル２４０を示す平面図であり、この図１１に示すように、本実施の形態２の設備側共鳴コイル２４０は、図９などに示す車両側共鳴コイル１１０と実質的に同じ形状とされている。
【０１２１】
このように形成された車両側共鳴コイル１１０および設備側共鳴コイル２４０によれば、車両側共鳴コイル１１０と設備側共鳴コイル２４０とが位置ずれしたとしても、車両側共鳴コイル１１０と設備側共鳴コイル２４０との重なり部分が多く、送電および受電効率の低減を図ることができる。
【０１２２】
なお、本実施の形態１，２においては、内側導線部１１は１つとされているが、内側導線部１１を複数形成してもよい。
【０１２３】
図１２は、車両側共鳴コイル１１０の第１変形例を示す平面図である。この図１２に示すように、外側導線部１０の周方向に間隔をあけて複数の内側導線部１１Ａ〜１１Ｄを形成してもよい。さらに、各内側導線部１１Ａ〜１１Ｄには、枝部や突出部を形成してもよい。
【０１２４】
なお、上記実施の形態２に係る車両側共鳴コイル１１０においては、各単位コイル７０〜８５の大きさが実質的に一致するように形成されているが、位置によって単位コイル７０〜８５の大きさを異ならせてもよい。
【０１２５】
図１３は、車両側共鳴コイル１１０の第２変形例を示す平面図である。この図１３に示す例においては、単位コイル７４，７６，７８，８１の大きさが他の単位コイルよりも大きくなるように形成されている。
【０１２６】
なお、図５などに示す上記実施の形態１に係る車両側共鳴コイル１１０においては、幹部２０の長さ方向の中央部から幹部２０に垂直な方向に延びる枝部２１，２２が形成されているが、さらに複数の枝部を形成してもよい。
【０１２７】
図１４は、車両側共鳴コイル１１０の第３変形例を示す平面図であり、この図１４に示すように放射状に複数の枝部２１Ａ〜２１Ｃ，２２Ａ〜２２Ｃを形成してもよい。
【０１２８】
図１５から図２６を用いて、本実施の形態１，２に係る車両側共鳴コイル１１０および設備側共鳴コイル２４０を用いて、送電および受電を行ったときの送電・受電効率と、比較例の車両側自己共振コイルおよび設備側自己共振コイルを用いて送電および受電を行ったときの送電・受電効率について説明する。
【０１２９】
図１５は、第１比較例としての共鳴コイルモデル１１０Ａを示す斜視図である。共鳴コイルモデル１１０Ａの形状は、一辺が１ｍの正方形形状とされている。２つの共鳴コイルモデル１１０Ａを用いて、一方の共鳴コイルモデル１１０Ａから他方の共鳴コイルモデル１１０Ａに電力を送電したときにおける送電・受電効率をシミュレーションソフトした結果を図１６に示す。なお、シミュレーションソフトとしては、ＦＥＫＯ（（３次元電磁界解析シミュレータ）：ＥＭＳＳ社製）を採用した。
【０１３０】
図１６は、図１５に示す共鳴コイルモデル１１０Ａを２つ用いて電力を送電・受電したときの送電・受電効率を示すグラフである。
【０１３１】
図１６において、横軸は、共鳴コイルモデル１１０Ａと設備側共鳴コイル２４０Ａとの水平方向の相対的な位置ずれ量ｄｘ（ｍ）を示し、縦軸は、鉛直方向の相対的な位置ずれ量ｄｚ（ｍ）を示す。なお、図１６において、（０，０）は共鳴コイルモデル１１０Ａと設備側共鳴コイル２４０Ａとが一致していることを示す。
【０１３２】
さらに、図１６に示す効率領域Ｅ１〜効率領域Ｅ７は、各位置における送電・受電効率を示すものである。効率領域Ｅ１が最も送電・受電効率の高い領域を示し、効率領域Ｅ１から効率領域Ｅ２，効率領域Ｅ３，効率領域Ｅ４，効率領域Ｅ５，効率領域Ｅ６，効率領域Ｅ７となるにつれて、送電・受電効率が低下する。そして、効率領域Ｅ７が最も送電・受電効率が低い領域を示す。
【０１３３】
図１７は、第２比較例としての共鳴コイル１１０Ｂを示す斜視図である。共鳴コイル１１０Ｂは、複数の小コイル１１２Ａ，１１２Ｂ，１１２Ｃ，１１２Ｄを含み、小コイル１１２Ａ〜１１２Ｄは、巻回中心線Ｏの周囲に環状に配置されている。
【０１３４】
共鳴コイル１１０Ｂは、小コイル１１２Ａ〜１１２Ｄのうち、互いに隣り合う小コイル１１２Ａ〜１１２Ｄ同士を接続する接続線１１３Ａ〜１１３Ｄと、接続線１１３Ｂに接続されたキャパシタ１１１Ａとを含む。各接続線１１３Ａ〜１１３Ｄは、小コイル１１２Ａ〜１１２Ｄよりも、巻回中心線Ｏの近傍に配置されている。なお、接続線１１３Ａは、接続線１１３Ｂの上方をとおり、接続線１１３Ｂは、接続線１１３Ｃの上方を通る。接続線１１３Ｃは、接続線１１３Ｄの上方をとおり、接続線１１３Ｄは、接続線１１３Ａの上方を通る。
【０１３５】
図１８は、図１７に示す共鳴コイル１１０Ｂをモデル化した共鳴コイルモデル１１０Ｃの斜視図である。なお、共鳴コイルモデル１１０Ｃの一辺の長さは、１ｍである。
【０１３６】
２つの共鳴コイルモデル１１０Ｃを用いて、一方の共鳴コイルモデル１１０Ｃと、他方の共鳴コイルモデル１１０Ｃとの間で電力の送電・受電をシミュレーションした結果を図１９に示す。
【０１３７】
なお、この図１９に示すグラフにおいても、横軸は、共鳴コイルモデル１１０Ｃ同士の水平方向の相対的な位置ずれ量ｄｘ（ｍ）を示し、縦軸は、鉛直方向の相対的な位置ずれ量ｄｚ（ｍ）を示す。なお、図１９に示す効率領域Ｅ１〜効率領域Ｅ７は、図１６に示す効率領域Ｅ１〜効率領域Ｅ７に対応している。
【０１３８】
図２０は、第３比較例としての共鳴コイル１１０Ｅを示す斜視図である。この共鳴コイル１１０Ｅは、巻回中心線Ｏの周囲に配置された複数の小コイル１１２Ａ〜小コイル１１２Ｄと、小コイル１１２Ａ〜１１２Ｄの外周側に配置された外側コイル１１４と、複数の接続部１１５Ａ，１１５Ｂ，１１５Ｃ，１１５Ｄを含む。
【０１３９】
接続部１１５Ａは、外側コイル１１４と小コイル１１２Ａとを接続し、接続部１１５Ｂは、外側コイル１１４と小コイル１１２Ｂとを接続する。接続部１１５Ｃは、外側コイル１１４と、小コイル１１２Ｃとを接続し、接続部１１５Ｄは、外側コイル１１４と小コイル１１２Ｄとを接続する。接続部１１５Ａ，１１５Ｂ，１１５Ｃ，１１５Ｄは、小コイル１１２Ａ，１１２Ｂ，１１２Ｃ，１１２Ｄまたは外側コイル１１４を跨ぐように形成されており、上方に向けて湾曲するように形成されている。
【０１４０】
図２１は、図２０に示す共鳴コイル１１０Ｅをモデル化した共鳴コイルモデル１１０Ｆを示す斜視図である。なお、共鳴コイルモデル１１０Ｆの外側コイルの直径は、１ｍであり、この共鳴コイルモデル１１０Ｆには、キャパシタ１１１Ｆが設けられている。
【０１４１】
２つの共鳴コイルモデル１１０Ｆを用いて、一方の共鳴コイルモデル１１０Ｆと他方の共鳴コイルモデル１１０Ｆとの間で電力の送電・受電を行ったときの送電・受電効率をシミュレーションした結果を、図２２に示す。図２２は、２つの共鳴コイルモデル１１０Ｆの間で送電・受電をシミュレーションした結果を示すグラフである。なお、この図２２に示す効率領域Ｅ１〜Ｅ７も、上記図１６、図１９に示す効率領域Ｅ１〜Ｅ７に対応する。
【０１４２】
図２３は、本実施の形態１に係る車両側共鳴コイル１１０をモデル化したときの共鳴コイルモデル１１０Ｇを示す斜視図である。
【０１４３】
この図２３において、共鳴コイルモデル１１０Ｇの一辺の長さは、１ｍである。２つの共鳴コイルモデル１１０Ｇを用いて、一方の共鳴コイルモデル１１０Ｇと他方の共鳴コイルモデル１１０Ｇとの間で電力の送電・受電を行ったときの送電・受電効率を図２４に示す。なお、この図２４に示す効率領域Ｅ１〜Ｅ７も、上記図１６、図１９および図２２に示す効率領域Ｅ１〜Ｅ７に対応する。
【０１４４】
図２５は、図９に示す車両側共鳴コイル１１０をモデル化した共鳴コイルモデル１１０Ｈを示す斜視図である。２つの共鳴コイルモデル１１０Ｈを用いて、一方の共鳴コイルモデル１１０Ｈと他方の共鳴コイルモデル１１０Ｈとの間で電力の送電・受電を行ったときの電力の送電・受電効率を図２６に示す。
【０１４５】
ここで、図１６、図１９、図２２、図２４および図２６に示すシミュレーション結果を比べると、共鳴コイルモデル１１０Ａよりも、共鳴コイルモデル１１０Ｃ，１１０Ｆ，１１０Ｇ，１１０Ｈの方が送電・受電効率が高いことがわかる。
【０１４６】
さらに、共鳴コイルモデル１１０Ｆ，１１０Ｇ，１１０Ｈは、共鳴コイルモデル１１０Ｃよりも送電・受電効率が高いことがわかる。
【０１４７】
そして、共鳴コイルモデル１１０Ｇの送電・受電効率と、共鳴コイルモデル１１０Ｆの送電・受電効率とは、同程度であることがわかる。さらに、共鳴コイルモデル１１０Ｈの送電・受電効率が最も高いことがわかる。
【０１４８】
このように、本実施の形態１，２に係る車両側共鳴コイル１１０および設備側共鳴コイル２４０によれば、高い送電・受電効率を得ることができることがわかる。また、上記のように、本実施の形態１，２に係る車両側共鳴コイル１１０および設備側共鳴コイル２４０によれば、巻回中心線Ｏ方向の薄型化を図ることができる。
【０１４９】
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。さらに、各実施の形態に記載された構成を組み合わせることは、出願当初から予定されている。
【産業上の利用可能性】
【０１５０】
本発明は、共鳴コイル、送電装置、受電装置および電力送電システムに適用することができる。
【符号の説明】
【０１５１】
１，２，３，４，７０，７１，７２，７３，７５，７６，７７，７８，７９，８０，８１，８３，８４，８５ 単位コイル、５ コイル線、１０，４０ 外側導線部、１１，４１ 内側導線部、１２，１３，１４，１５ 辺部、１６，１７，２５，２６，２７，２８ 接続端部、２０ 幹部、２１，２２，５０，５１，５２，５３，５４，５５ 枝部、２３，２４ 幹線部、３０，３１，３２，３３，３４，３５ 分岐導線部、５６，５７，５８，５９，６０，６１，６２，６３ 突出部、１００ 電動車両、１０１ 車両側コイルユニット、１１０ 車両側共鳴コイル、１１０Ａ，１１０Ｃ，１１０Ｆ，１１０Ｇ，１１０Ｈ 共鳴コイルモデル、１１１ 車両側キャパシタ、１１１Ａ，１１１Ｆ キャパシタ、１１２Ａ，１１２Ｂ，１１２Ｃ，１１２Ｄ 小コイル、１１４ 外側コイル、１２０ 車両側電磁誘導コイル、１３０ 整流器、１４０ コンバータ、１５０ バッテリ、１６０ パワーコントロールユニット、１７０ モータユニット、２００ 外部給電装置、２０１ 設備側コイルユニット、２０２ 駐車スペース、２１０ 交流電源、２２０ 高周波電力ドライバ、２３０ 設備側電磁誘導コイル、２４０ 設備側共鳴コイル、２５０ 設備側キャパシタ、３１０ 高周波電源、３２０ 一次コイル、３３０ 一次自己共振コイル、３４０ 二次自己共振コイル、３５０ 二次コイル、３６０ 負荷、Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４，Ｅ５，Ｅ６，Ｅ７ 効率領域。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共鳴コイル、送電装置、受電装置および電力送電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境への配慮からバッテリなどの電力を用いて駆動輪を駆動させるハイブリッド車両や電気自動車などが着目されている。
【０００３】
特に近年は、上記のようなバッテリを搭載した電動車両において、プラグなどを用いずに非接触でバッテリを充電可能なワイヤレス充電が着目されている。そして、最近では非接触の充電方式においても各種の充電方式が提案されており、特に、共鳴現象を利用することで非接触で電力を伝送する技術が脚光を浴びている。
【０００４】
たとえば、特開２０１０−７３９７６号公報に記載された車両および給電装置は、それぞれ通信コイルを備える。車両に搭載された通信コイルは、共鳴コイルと、受電コイルとを含み、給電装置に搭載された通信コイルは、共鳴コイルと給電コイルとを含む。そして、給電装置に搭載された共鳴コイルと、車両に搭載された共鳴コイルとの間で、共鳴現象を利用して電力の非接触伝送がなされている。
【０００５】
下記の「電磁界共鳴型電力伝送システムのアンテナ形状に関する一検討」には、送電用の共鳴コイルと、受電用の共鳴コイルとが位置ずれしたとしても、送電効率の低減を抑制することに着目した共鳴コイルが提案されている。
【０００６】
なお、特開２００３−７９５９７号公報に記載されているように、従来から核磁気共鳴現象を利用して体内の断面を画像化するＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging：核磁気共鳴撮像法）などの撮像装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−７３９７６号公報
【特許文献２】特開２００３−７９５９７号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】門井優文、菊間信良、平山裕、榊原久二男、「電磁界共鳴型電力伝送システムのアンテナ形状に関する一検討」、２０１０年電子情報通信学会ソサイエティ大会、通信公演論文集１第１１頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特開２０１０−７３９７６号公報に記載された共鳴コイルにおいては、車両側に搭載された共鳴コイルと、設備側の共鳴コイルとが位置ずれすると、電力の送電効率が著しく低下する。
【００１０】
「電磁界共鳴型電力伝送システムのアンテナ形状に関する一検討」に記載された共鳴コイルにおいては、共鳴コイルを形成するコイル線は高さ方向に重なる部分がある。当該コイル線の重なり部分においては、コイル線間の絶縁性を確保するために、各コイル線同士を高さ方向に所定の距離を開ける必要がある。この結果、共鳴コイルが高さ方向に厚くなる。
【００１１】
なお、特開２００３−７９５９７号公報に記載された撮像装置が利用する核磁気共鳴現象とは、簡単に説明すると、水の水素原子に磁気を当てると、共鳴して信号を発生する現象のことである。身体の部位および臓器によって水分量（水素原子の量）が異なるため、ＭＲＩは、人に身体に磁気を照射し、上記核磁気共鳴現象によって発せられた信号を適宜受信し、受信した信号に基づいて身体の断面画像を作成している。
【００１２】
このように、ＭＲＩなどが利用する核磁気共鳴現象と、電力の送電や受電で利用される電磁界共振結合とは異なる現象を利用するものであり、その構造も全く異なる。
【００１３】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、位置ずれしても送電効率または受電効率の低減を抑制することができると共に、薄型化が図られた共鳴コイルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る共鳴コイルは、電流が流れることで形成される磁界の向きが同じ向きとされた複数の単位コイルを含む共鳴コイルである。上記複数の単位コイルは、コイル中心線の周囲に配置される。上記共鳴コイルをコイル中心線上から見ると、共鳴コイルを形成するコイル線は互いに重ならないように形成される。
【００１５】
好ましくは、共鳴コイルは、上記コイル中心線の周囲を取り囲むように延びるコイル線によって形成されると共に、第１接続端部および第２接続端部を含む外側導線部と、一端が第１接続端部に接続されて他端が第２接続端部に接続されると共に、外側導線部によって囲まれる領域内に配置され、コイル線によって形成された内側導線部とを備える。上記外側導線部によって囲まれる第１領域内には、内側導線部と外側導線部とによって囲まれた複数の第２領域が形成される。上記第２領域を囲む外側導線部および内側導線部によって単位コイルが形成される。
【００１６】
好ましくは、上記外側導線部は、コイル線を曲げて形成され、内側導線部は、第１接続端部および第２接続端部からコイル線を曲げて形成される。好ましくは、上記第１接続端部と第２接続端部と内側導線部とによって囲まれる第３領域の面積よりも、複数の第２領域が占める面積の方が広い。
【００１７】
好ましくは、上記内側導線部は、外側導線部からコイル中心線側に向かう方向に延びる幹部と、幹部から分岐するよう延び、コイル線によって形成された枝部とを含む。
【００１８】
好ましくは、上記外側導線部は、第１接続端部および第２接続端部が形成された第１辺部と、一端が第１辺部の一端に接続された第２辺部と、一端が第１辺部の他端に接続された第３辺部と、第２辺部の他端および第３辺部の他端を接続する第４辺部とを含む。上記幹部は、第１辺部から第４辺部に向けて延び、内側導線部は、幹部から第２辺部に向けて延びる第１枝部と、幹部から第３辺部に向けて延びる第２枝部とを含む。
【００１９】
好ましくは、共鳴コイルは、コイル中心線の周囲を取り囲むように延びるコイル線によって形成されると共に、第１接続端部および第２接続端部を含む外側導線部と、一端が第１接続端部に接続されて他端が第２接続端部に接続されると共に、外側導線部によって囲まれる領域内に配置され、コイル線によって形成された内側導線部とを備える。上記外側導線部によって囲まれる第１領域内には、内側導線部と外側導線部とによって囲まれた複数の第２領域と、第１接続端部と第２接続端部と内側導線部とによって囲まれる第３領域と、第３領域以外の領域であって、内側導線部によって囲まれた複数の第４領域とが形成される。上記単位コイルは、第２領域を囲む内側導線部および外側導線部と、第４領域を形成する内側導線部とによって形成される。
【００２０】
好ましくは、上記複数の第２領域と複数の第４領域とが占める領域の面積は、第３領域が占める領域の面積よりも広い。
【００２１】
好ましくは、上記内側導線部は、外側導線部からコイル中心線側に向かう方向に延る幹部と、幹部から分岐するように形成された枝部と、枝部の長さ方向の中間部から突出するように形成された突出部とを含む。
【００２２】
好ましくは、上記内側導線部は、外側導線部の延在方向に間隔をあけて複数形成される。本発明に係る送電装置は、上記コイル線が仮想平面上に位置するように形成される。好ましくは、受電装置に設けられた受電用共鳴コイルと電磁界共振結合する送電用共鳴コイルと、外部電源から電力が供給され、電磁誘導によって送電用共鳴コイルに電力を供給する第１コイルとを備える。上記送電用共鳴コイルは、請求項１から請求項１１のいずれかに記載の共鳴コイルである。
【００２３】
本発明に係る受電装置は、送電装置に設けられた送電用共鳴コイルと電磁界共振結合する受電用共鳴コイルと、電磁誘導によって受電用共鳴コイルから電力を受け取る第２コイルとを備える。上記受電用共鳴コイルは、請求項１から請求項１１のいずれかに記載の共鳴コイルである。本発明に係る電力送電システムは、上記送電装置と、上記受電装置とを備える。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る共鳴コイルによれば、位置ずれしたとしても送電または受電効率の低減を抑制することができ、さらに、共鳴コイルの薄型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本実施の形態１の形態に係る電動車両１００と、電動車両１００に電力を給電する外部給電装置２００とを模式的に示す模式図である。
【図２】共鳴法による送電および受電の原理を説明するための模式図である。
【図３】電流源（磁流源）からの距離と電磁界の強度との関係を示した図である。
【図４】設備側コイルユニット２０１から車両側コイルユニット１０１に電力を送電するときにおける車両側共鳴コイル１１０と、設備側共鳴コイル２４０と模式的に示す斜視図である。
【図５】車両側共鳴コイル１１０を示す平面図である。
【図６】車両側共鳴コイル１１０に電流が流れたときの様子を示す平面図である。
【図７】受電時における車両側共鳴コイル１１０の様子を示す平面図である。
【図８】設備側共鳴コイル２４０と車両側共鳴コイル１１０との間で電力の送電および受電がなされているときにおいて、設備側共鳴コイル２４０と、車両側共鳴コイル１１０とが水平方向に位置ずれした状態を示す平面図である。
【図９】本実施の形態２に係る車両側共鳴コイル１１０を示す平面図である。
【図１０】車両側共鳴コイル１１０に電流が流れたときの様子を示す平面図である。
【図１１】本実施の形態に係る設備側共鳴コイル２４０を示す平面図である。
【図１２】車両側共鳴コイル１１０の第１変形例を示す平面図である。
【図１３】車両側共鳴コイル１１０の第２変形例を示す平面図である。
【図１４】車両側共鳴コイル１１０の第３変形例を示す平面図である。
【図１５】第１比較例としての共鳴コイルモデル１１０Ａを示す斜視図である。
【図１６】図１５に示す共鳴コイルモデル１１０Ａを用いて電力を送電・受電したときの送電・受電効率を示すグラフである。
【図１７】第２比較例としての共鳴コイル１１０Ｂを示す斜視図である。
【図１８】図１７に示す共鳴コイル１１０Ｂをモデル化した共鳴コイルモデル１１０Ｃの斜視図である。
【図１９】図１８に示す共鳴コイルモデル１１０Ｃを用いて電力を送電・受電したときの送電・受電効率を示すグラフである。
【図２０】第３比較例としての共鳴コイル１１０Ｅを示す斜視図である。
【図２１】図２０に示す共鳴コイル１１０Ｅをモデル化した共鳴コイルモデル１１０Ｆを示す斜視図である。
【図２２】２つの共鳴コイルモデル１１０Ｆの間で送電・受電をシミュレーションした結果を示すグラフである。
【図２３】本実施の形態１に係る車両側共鳴コイル１１０をモデル化したときの共鳴コイルモデル１１０Ｇを示す斜視図である。
【図２４】図２３に示す共鳴コイルモデル１１０Ｇを用いて電力を送電・受電したときの送電・受電効率を示すグラフである。
【図２５】図９に示す車両側共鳴コイル１１０をモデル化した共鳴コイルモデル１１０Ｈを示す斜視図である。
【図２６】図２５に示す共鳴コイルモデル１１０Ｈを用いて電力を送電・受電したときの送電・受電効率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
（実施の形態１）
図１から図８を用いて、本発明の実施１の形態に係る車両および外部給電装置について説明する。
【００２７】
図１は、本実施の形態１の形態に係る電動車両１００と、電動車両１００に電力を給電する外部給電装置２００とを含む送電・受電システムを模式的に示す模式図である。
【００２８】
電動車両１００は、外部給電装置２００が設けられた駐車スペース２０２の所定位置に停車して、主に、外部給電装置２００から電力を受電する。なお、電動車両１００は、外部給電装置２００に電力を供給することもできる。
【００２９】
駐車スペース２０２には、電動車両１００を所定の位置に停車するように、輪止やラインが設けられている。
【００３０】
外部給電装置２００は、交流電源２１０に接続された高周波電力ドライバ２２０と、この高周波電力ドライバ２２０に接続された設備側コイルユニット２０１とを含む。設備側コイルユニット２０１は、主に、非接触電力送電装置として機能し、設備側コイルユニット２０１は、設備側共鳴コイル２４０と、設備側共鳴コイル２４０に接続された設備側キャパシタ２５０と、設備側共鳴コイル２４０と電気的に接続される設備側電磁誘導コイル２３０とを含む。
【００３１】
交流電源２１０は、車両外部の電源であり、たとえば、系統電源である。高周波電力ドライバ２２０は、交流電源２１０から受け取る電力を高周波の電力に変換し、その変換した高周波電力を設備側電磁誘導コイル２３０に供給する。なお、高周波電力ドライバ２２０が生成する高周波電力の周波数は、たとえば１Ｍ〜数十ＭＨｚである。
【００３２】
設備側電磁誘導コイル２３０は、上記の高周波電力が供給されることで、設備側電磁誘導コイル２３０から発生する磁束量が経時的に変化する。
【００３３】
設備側共鳴コイル２４０は、設備側電磁誘導コイル２３０と電磁誘導結合しており、設備側共鳴コイル２４０からの磁束量が変化することで、電磁誘導により設備側共鳴コイル２４０にも高周波の電流が流れる。
【００３４】
この際、設備側共鳴コイル２４０に流れる高周波電流の周波数と、設備側電磁誘導コイル２３０のリラクタンスおよび設備側キャパシタ２５０の容量Ｃによって決まる共振周波数とが実質的に一致するように、設備側電磁誘導コイル２３０に電流が供給される。設備側共鳴コイル２４０および設備側キャパシタ２５０は、ＬＣ共振器として機能する。
【００３５】
そして、設備側共鳴コイル２４０の周囲に当該共振周波数と実質的に同じ周波数の電界および磁界が形成される。このようにして、設備側共鳴コイル２４０の周囲には、所定周波数の電磁場（電磁界）が形成される。
【００３６】
そして、電動車両１００は、設備側共鳴コイル２４０および設備側キャパシタ２５０によって形成されたＬＣ共振器と同じ共振周波数を持つＬＣ共振器を備えており、当該ＬＣ共振器と、設備側共鳴コイル２４０および設備側キャパシタ２５０によって形成されたＬＣ共振器とが電磁界共振結合することで、外部給電装置２００から電動車両１００に電力が送電される。
【００３７】
なお、電動車両１００と外部給電装置２００とは、設備側共鳴コイル２４０および設備側キャパシタ２５０によって形成される電磁場のうち、近接場（エバネッセント場）を主に利用して、外部給電装置２００側から電動車両１００に電力を供給している。当該電磁共鳴法を利用したワイヤレス送電・受電方法の詳細については、後述する。
【００３８】
電動車両１００は、主に非接触電力受電装置として機能する車両側コイルユニット１０１と、車両側コイルユニット１０１に接続された整流器１３０と、整流器１３０に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ１４０と、このＤＣ／ＤＣコンバータ１４０に接続されたバッテリ１５０と、パワーコントロールユニット（ＰＣＵ（Power Control Unit））１６０と、このパワーコントロールユニット１６０に接続されたモータユニット１７０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０やパワーコントロールユニット１６０などの駆動を制御する車両ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１８０とを備える。
【００３９】
なお、本実施の形態に係る電動車両１００は、図示しないエンジンを備えたハイブリッド車両であるが、モータにより駆動される車両であれば、電気自動車や燃料電池車両も含む。
【００４０】
車両側コイルユニット１０１は、車両側共鳴コイル１１０と、この車両側共鳴コイル１１０に接続された車両側キャパシタ１１１と、車両側共鳴コイル１１０と電磁誘導により結合する車両側電磁誘導コイル１２０とを含む。なお、車両側コイルユニット１０１の詳細な構成については後述する。
【００４１】
車両側共鳴コイル１１０と車両側キャパシタ１１１は、ＬＣ共振器を構成しており、車両側共鳴コイル１１０および車両側キャパシタ１１１によって形成されたＬＣ共振器の共振周波数と、設備側共鳴コイル２４０および設備側キャパシタ２５０によって形成されたＬＣ共振器の共振周波数とは実質的に一致している。
【００４２】
ここで設備側共鳴コイル２４０に、当該ＬＣ共振器の共振周波数と同じ周波数の高周波電流が供給されると、周波数が当該共振周波数の電磁場（電磁界）が発生する。
【００４３】
そして、設備側共鳴コイル２４０から、たとえば、数ｍ以内程度の範囲内に、車両側共鳴コイル１１０が配置されると、車両側共鳴コイル１１０および車両側キャパシタ１１１によって形成されるＬＣ共振器が共鳴して、車両側共鳴コイル１１０に電流が流れる。このように、車両側共鳴コイル１１０と、設備側共鳴コイル２４０とは、電磁界共振結合する。
【００４４】
車両側電磁誘導コイル１２０は、車両側共鳴コイル１１０と電磁誘導結合して、車両側共鳴コイル１１０が受電した電力を取り出す。車両側電磁誘導コイル１２０が車両側共鳴コイル１１０から順次電力を取り出すことで、電磁場を介して車両側共鳴コイル１１０に設備側共鳴コイル２４０から順次電力が供給される。このように、車両側コイルユニット１０１と、設備側コイルユニット２０１とは、所謂、電磁共鳴方式のワイヤレス送電・受電方式が採用されている。
【００４５】
整流器１３０は、車両側電磁誘導コイル１２０に接続されており、車両側電磁誘導コイル１２０から供給される交流電流を直流電流に変換して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０に供給する。
【００４６】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０は、整流器１３０から供給された直流電流の電圧を調整して、バッテリ１５０に供給する。
【００４７】
パワーコントロールユニット１６０は、バッテリ１５０に接続されたコンバータと、このコンバータに接続されたインバータとを含み、コンバータは、バッテリ１５０から供給される直流電流を調整（昇圧）して、インバータに供給する。インバータは、コンバータから供給される直流電流を交流電流に変換して、モータユニット１７０に供給する。
【００４８】
モータユニット１７０は、たとえば、三相交流モータなどが採用されており、パワーコントロールユニット１６０のインバータから供給される交流電流によって駆動する。
【００４９】
なお、バッテリ１５０に蓄積された電力を交流電源２１０に供給する際には、たとえば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０がバッテリ１５０からの電流を昇圧して、整流器１３０に供給する。整流器１３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０からの直流電流を高周波電流に変換する。この高周波電流の周波数は、上記の共振周波数とされている。
【００５０】
整流器１３０は、この高周波電流を車両側電磁誘導コイル１２０に供給する。車両側共鳴コイル１１０は、電磁誘導によって車両側電磁誘導コイル１２０から高周波電流を受け取る。この高周波電流の周波数は、共振周波数と実質的に一致しており、車両側共鳴コイル１１０および車両側キャパシタ１１１によって形成されたＬＣ共振器が共振する。そして、車両側共鳴コイル１１０の周囲に周波数が上記共振周波数とされた電磁場（電磁界）が形成される。
【００５１】
そして、車両側共鳴コイル１１０から、たとえば、数ｍ程度の範囲内に設備側共鳴コイル２４０が配置されることで、設備側共鳴コイル２４０および設備側キャパシタ２５０によって形成されるＬＣ共振器が共鳴する。そして、設備側共鳴コイル２４０に供給された電力は、電磁誘導によって設備側電磁誘導コイル２３０に引き出される。設備側共鳴コイル２４０に引き出された電力は、高周波電力ドライバ２２０を通って、交流電源２１０に供給される。
【００５２】
なお、電動車両１００がハイブリッド車両の場合には、電動車両１００は、エンジン、動力分割機構とをさらに備え、モータユニット１７０は、発電機として主に機能するモータジェネレータと、電動機として主に機能するモータジェネレータとを含む。
【００５３】
上記のように本実施の形態１に係る車両側コイルユニット１０１と設備側コイルユニット２０１との間は、ワイヤレス送電・受電方式であって、電磁場を利用した共鳴法が採用されている。
【００５４】
図２は、共鳴法による送電および受電の原理を説明するための模式図であって、この図２を用いて、共鳴法による送電および受電の原理を説明する。
【００５５】
図２を参照して、この共鳴法では、２つの音叉が共鳴するのと同様に、同じ固有振動数を有する２つのＬＣ共振コイルが電磁場（近接場）において共鳴することによって、一方のコイルから他方のコイルへ電磁場を介して電力が伝送される。
【００５６】
具体的には、高周波電源３１０に一次コイル３２０を接続し、電磁誘導により一次コイル３２０と磁気的に結合される一次自己共振コイル３３０へ、１Ｍから数十ＭＨｚの高周波電力を給電する。一次自己共振コイル３３０は、コイル自身のインダクタンスと浮遊容量（コイルにコンデンサが接続される場合には、コンデンサの容量を含む）とによるＬＣ共振器であり、一次自己共振コイル３３０と同じ共振周波数を有する二次自己共振コイル３４０と電磁場（近接場）を介して共鳴する。そうすると、一次自己共振コイル３３０から二次自己共振コイル３４０へ電磁場を介してエネルギー（電力）が移動する。二次自己共振コイル３４０へ移動したエネルギー（電力）は、電磁誘導により二次自己共振コイル３４０と磁気的に結合される二次コイル３５０によって取出され、負荷３６０へ供給される。なお、共鳴法による送電は、一次自己共振コイル３３０と二次自己共振コイル３４０との共鳴強度を示すＱ値がたとえば１００よりも大きいときに実現される。
【００５７】
なお、図２の構成と図１の構成の対応関係を示すと、図１に示す交流電源２１０および高周波電力ドライバ２２０は、図２の高周波電源３１０に相当する。また、図１に示す設備側電磁誘導コイル２３０は、図２の一次コイル３２０に相当する。さらに、図１に示す設備側共鳴コイル２４０および設備側キャパシタ２５０は、図３の一次自己共振コイル３３０および一次自己共振コイル３３０の浮遊容量に相当する。
【００５８】
図１に示す車両側共鳴コイル１１０および車両側キャパシタ１１１は、図２に示す二次自己共振コイル３４０および二次自己共振コイル３４０の浮遊容量とに相当する。
【００５９】
図１に示す車両側電磁誘導コイル１２０は、図２の二次コイル３５０に相当する。そして、図１に示す整流器１３０、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０およびバッテリ１５０は、図２に示す負荷３６０に相当する。
【００６０】
さらに、本実施の形態１に係るワイヤレス送電・受電方式は、電磁界の「静電界」が支配的な近接場（エバネッセント場）を利用することで、送電および受電効率の向上が図られている。
【００６１】
図３は、電流源（磁流源）からの距離と電磁界の強度との関係を示した図である。図３を参照して、電磁界は３つの成分から成る。曲線ｋ１は、波源からの距離に反比例した成分であり、「輻射電界」と称される。曲線ｋ２は、波源からの距離の２乗に反比例した成分であり、「誘導電界」と称される。また、曲線ｋ３は、波源からの距離の３乗に反比例した成分であり、「静電界」と称される。
【００６２】
「静電界」は、波源からの距離とともに急激に電磁波の強度が減少する領域であり、共鳴法では、この「静電界」が支配的な近接場（エバネッセント場）を利用してエネルギー（電力）の伝送が行なわれる。すなわち、「静電界」が支配的な近接場において、同じ固有振動数を有する一対の共鳴器（たとえば一対のＬＣ共振コイル）を共鳴させることにより、一方の共鳴器（一次自己共振コイル）から他方の共鳴器（二次自己共振コイル）へエネルギー（電力）を伝送する。この「静電界」は遠方にエネルギーを伝播しないので、遠方までエネルギーを伝播する「輻射電界」によってエネルギー（電力）を伝送する電磁波に比べて、共鳴法は、より少ないエネルギー損失で送電することができる。
【００６３】
このように、本実施の形態１に係る電動車両１００と、外部給電装置２００とは、電磁場の近接場の共鳴を利用して、電動車両１００の車両側コイルユニット１０１と、外部給電装置２００の設備側コイルユニット２０１との間で電力の送電や受電を行っている。
【００６４】
なお、図４は、設備側コイルユニット２０１から車両側コイルユニット１０１に電力を送電するときにおける車両側共鳴コイル１１０と、設備側共鳴コイル２４０と模式的に示す斜視図である。
【００６５】
このように、電力送電を行う際には、車両側共鳴コイル１１０と設備側共鳴コイル２４０とは互いに対向するように配置される。
【００６６】
この図４からも明らかなように、車両側共鳴コイル１１０と設備側共鳴コイル２４０とは、実質的に同一構造とされている。
【００６７】
図５は、車両側共鳴コイル１１０を示す平面図である。この図５を参照して、車両側共鳴コイル１１０は、コイル線５を曲げて形成されており、このコイル線５は巻回中心線Ｏの周囲を延びるように形成されている。
【００６８】
車両側共鳴コイル１１０は、巻回中心線Ｏの周囲を取り囲むようにコイル線５を曲げて形成された外側導線部１０と、この外側導線部１０に接続されると共に、外側導線部１０によって囲まれる領域内に配置され、コイル線５によって形成された内側導線部１１とを含む。
【００６９】
本実施の形態においては、外側導線部１０は、方形形状とされているが、外側導線部１０の形状としては円形、多角形形状、楕円形など様々な形状を採用することができることはいうまでもない。
【００７０】
外側導線部１０は、辺部１２と、一端が辺部１２の一端に接続された辺部１３と、一端が辺部１２の他端に接続された辺部１５と、辺部１３の他端および辺部１５の他端を接続する辺部１４とを含む。各辺部１２〜１５の長さは、たとえば、１ｍ程度とされている。
【００７１】
辺部１２には接続端部１６および接続端部１７が形成されている。内側導線部１１の一端は、接続端部１６に接続され、内側導線部１１の他端は接続端部１７に接続されている。
【００７２】
内側導線部１１は、外側導線部１０から巻回中心線Ｏに向かう方向に延びる幹部２０と、この幹部２０から分岐するように形成された枝部２１，２２とを含む。
【００７３】
幹部２０は、辺部１２から辺部１４に向けて延びており、巻回中心線Ｏを超えて、辺部１４の近傍にまで達している。
【００７４】
幹部２０は、互いに略平行に配置された幹線部２３および幹線部２４を含む。幹線部２３は、接続端部１６に接続され、接続端部１６から辺部１４の近傍に達するように延びている。幹線部２４は、接続端部１７に接続され、接続端部１７から辺部１４の近傍に達するように形成されている。幹線部２３および幹線部２４の先端部には、車両側キャパシタ１１１が接続されている。
【００７５】
なお、この図５に示す例においては、外側導線部１０および内側導線部１１は、１本のコイル線５を曲げて形成されており、外側導線部１０と内側導線部１１とは一体的に接続されている。
【００７６】
幹線部２３の長さ方向中央部には、接続端部２５，２６が形成されており、幹線部２４の長さ方向の中央部には、接続端部２７，２８が形成されている。
【００７７】
接続端部２５，２６には、枝部２２が接続されており、接続端部２７，２８には、枝部２１が接続されている。
【００７８】
枝部２２の一端は、接続端部２５に接続され、枝部２２の他端は接続端部２６に接続されている。枝部２２は、幹部２０から分岐するように形成されており、枝部２２は、コイル線５を曲げて形成されている。
【００７９】
具体的には、枝部２２は、接続端部２５からコイル線５を曲げて形成された分岐導線部３０と、分岐導線部３０の先端部からコイル線５を曲げて形成された分岐導線部３１と、分岐導線部３１の先端部でコイル線５を曲げて形成された分岐導線部３２とを含み、分岐導線部３２の先端部が接続端部２６に接続されている。
【００８０】
枝部２１は、接続端部２７からコイル線５を曲げて分岐導線部３３と、分岐導線部３３の先端部でコイル線５を曲げて形成された分岐導線部３４と、この分岐導線部３４の先端部でコイル線５を曲げて形成された分岐導線部３５とを含み、分岐導線部３５の先端部が接続端部２８に接続されている。
【００８１】
幹線部２３および幹線部２４の間隔と、分岐導線部３０および分岐導線部３２の間隔と、分岐導線部３５および分岐導線部３３の間隔は、いずれも、５ｃｍ程度とされている。そして、分岐導線部３１および辺部１３の間隔と、分岐導線部３４および辺部１５の間隔とは、たとえば、５ｃｍ程度とされている。このように、近接するコイル線間の距離は、絶縁性が確保できる程度の距離とされている。
【００８２】
外側導線部１０によって囲まれる領域内には、内側導線部１１と外側導線部１０とによって囲まれる複数の領域Ｒ１〜Ｒ４が形成されている。
【００８３】
辺部１３の一部と、辺部１２の一部と、幹線部２３と、分岐導線部３０とによって、領域Ｒ１が囲まれている。そして、領域Ｒ１を形成する辺部１３の一部と、辺部１２の一部と、幹線部２３と、分岐導線部３０とによって単位コイル１が形成されている。
【００８４】
同様に、辺部１４の一部と、辺部１３の一部と、分岐導線部３２と、幹線部２３の一部とによって領域Ｒ２が囲まれており、この領域Ｒ２を形成するコイル線によって単位コイル２が形成されている。
【００８５】
幹線部２４の一部と、分岐導線部３５と、辺部１５の一部と、辺部１４の一部とによって領域Ｒ３が囲まれており、分岐導線部３５と、辺部１５の一部と、辺部１４の一部とによって単位コイル３が形成されている。分岐導線部３３と、幹線部２４の一部と、辺部１２の一部と、辺部１５の一部とによって領域Ｒ４が囲まれており、分岐導線部３３と、幹線部２４の一部と、辺部１２の一部と、辺部１５の一部とによって単位コイル４が形成されている。
【００８６】
このように、外側導線部１０によって囲まれる領域内には、外側導線部１０と内側導線部１１とによって囲まれた複数の領域Ｒ１〜Ｒ４が形成されている。そして、外側導線部１０および内側導線部１１のうち、領域Ｒ１〜Ｒ４を形成する部分に各々単位コイルが形成されている。
【００８７】
ここで、図からも明らかなように、複数の単位コイル１〜５を含む車両側共鳴コイル１１０において、車両側共鳴コイル１１０を巻回中心線Ｏ上から車両側共鳴コイル１１０を見たときに、車両側共鳴コイル１１０を形成するコイル線５が重なる部分がない。このため、車両側共鳴コイル１１０が高さ方向に厚くなる部分がなく、車両側共鳴コイル１１０の薄型化が図られている。
【００８８】
そして、車両側共鳴コイル１１０は、コイル線５を同一仮想平面上でコイル線５を曲げることで形成されており、車両側共鳴コイル１１０の厚さは、実質的にコイル線５の厚さと一致する。この仮想平面は、巻回中心線Ｏと垂直な仮想平面である。
【００８９】
なお、図４などからも明らかなように、設備側共鳴コイル２４０も、車両側共鳴コイル１１０と同様に構成されており、設備側共鳴コイル２４０も車両側共鳴コイル１１０と同様に薄型化が図られている。
【００９０】
図５において、接続端部１６、幹線部２３、分岐導線部３０、分岐導線部３１、分岐導線部３２、幹線部２４、分岐導線部３５、分岐導線部３４、分岐導線部３３、および接続端部１７によって囲まれる領域を領域Ｒ５とする。領域Ｒ１と領域Ｒ２と領域Ｒ３と領域Ｒ４とが占める領域の合計は、領域Ｒ５が占める領域よりも大きい。
【００９１】
図６は、車両側共鳴コイル１１０に電流が流れたときの様子を示す平面図である。この図６に示すように、各単位コイル１〜４に流れる電流方向は一致しているため、単位コイル１〜４が形成する磁界の向きは、いずれも一致している。
【００９２】
図７は、受電時における車両側共鳴コイル１１０の様子を示す平面図である。
受電時には、車両側共鳴コイル１１０には、周波数が共振周波数とされた交流電流が流れ、車両側共鳴コイル１１０の周囲には、電磁界（近接場）が形成される。この図７においては、形成された電磁界のうち、強度の高い電磁界の領域である強電界領域Ｒ６を破線で示し、強電界領域Ｒ６は、車両側共鳴コイル１１０のコイル線５の周囲に形成される。ここで、外側導線部１０によって囲まれた領域のうち、大部分を単位コイル１〜４が占めるため、広い領域で強電界領域Ｒ６が形成されている。
【００９３】
なお、設備側共鳴コイル２４０も、車両側共鳴コイル１１０と同様に形成されており、設備側共鳴コイル２４０と車両側共鳴コイル１１０との間で電力の送電および受電が行われているときには、設備側共鳴コイル２４０を形成するコイル線の周囲にも、強電界領域が形成される。
【００９４】
ここで、図４に示すように、車両側共鳴コイル１１０と、設備側共鳴コイル２４０とが互いに高さ方向に配列しているときには、車両側共鳴コイル１１０と設備側共鳴コイル２４０との電気的な結合度が高くなり、設備側共鳴コイル２４０から車両側共鳴コイル１１０に良好に電力が送電される。
【００９５】
図８は、設備側共鳴コイル２４０と車両側共鳴コイル１１０との間で電力の送電および受電がなされているときにおいて、設備側共鳴コイル２４０と、車両側共鳴コイル１１０とが水平方向に位置ずれした状態を示す平面図である。
【００９６】
この図８において、設備側共鳴コイル２４０は、車両側共鳴コイル１１０と同様に、外側導線部４０と、外側導線部４０の内側に配置された内側導線部４１とを含む。そして、設備側共鳴コイル２４０には、周波数が共振周波数とされた交流電流がながれ、設備側共鳴コイル２４０の周囲には、強電界領域Ｒ７が形成されている。
【００９７】
この図８に示す状態では、車両側共鳴コイル１１０は、設備側共鳴コイル２４０に対して水平方向に位置ずれしている。
【００９８】
設備側共鳴コイル２４０には内側導線部４１が形成され、車両側共鳴コイル１１０には内側導線部１１が形成されているため、車両側共鳴コイル１１０は、強電界領域Ｒ７と多くの位置で重なり合うことがわかる。
【００９９】
このように、複数の部分で車両側共鳴コイル１１０が強電界領域Ｒ７と重なり合うことで、車両側共鳴コイル１１０と設備側共鳴コイル２４０との電気的な結合が維持され、車両側共鳴コイル１１０は設備側共鳴コイル２４０から良好に電力を受け取ることができる。
【０１００】
この結果、車両側共鳴コイル１１０が設備側共鳴コイル２４０に対して位置ずれしたとしても、送電および受電効率の低下を抑制することができる。
【０１０１】
（実施の形態２）
図９から図１４および適宜図１〜８を用いて、本実施の形態に係る車両側共鳴コイル１１０について説明する。なお、図８に示す構成のうち、上記図１から図８に示す構成と同一または相当する構成については、その説明を省略する場合がある。
【０１０２】
図９は、本実施の形態２に係る車両側共鳴コイル１１０を示す平面図である。この図９に示すように、車両側共鳴コイル１１０は、巻回中心線Ｏの周囲を取り囲むように形成された外側導線部１０と、外側導線部１０に接続されると共に、外側導線部１０によって囲まれた領域内に配置された内側導線部１１とを含む。
【０１０３】
車両側共鳴コイル１１０は、１本のコイル線５を曲げて形成されており、さらに、巻回中心線Ｏ上から車両側共鳴コイル１１０を見たときに、コイル線５に重なり部分がない。このため、本実施の形態２に係る車両側共鳴コイル１１０においても、高さ方向（巻回中心線Ｏの延在方向）の薄型化が図られている。
【０１０４】
内側導線部１１の一端は、接続端部１６に接続され、内側導線部１１の他端は、接続端部１７に接続されている。
【０１０５】
内側導線部１１は、幹線部２３および幹線部２４を含む幹部２０と、幹線部２３から分岐するように形成された、枝部５０，５１，５２と、幹部２０の幹線部２４から分岐するように形成された枝部５３，５４，５５とを含む。
【０１０６】
枝部５０，５１，５２は、幹線部２３から張り出すようコイル線５を曲げることで形成されている。枝部５０，５１，５２は、接続端部１６から幹線部２３の先端部に向けて順次配列するように形成されている。
【０１０７】
枝部５０には、枝部５０の長さ方向の中間部から突出する突出部５６，５７が形成されている。枝部５２にも、枝部５２の長さ方向の中間部から突出する突出部５８，５９が形成されている。枝部５５には、枝部５５の長さ方向の中間部から突出する突出部６２，６３が形成されている。枝部５３には、枝部５３の長さ方向の中間部から突出する突出部６０，６１が形成されている。
【０１０８】
なお、突出部５６，５７，５８，５９，６０，６１，６２，６３は、枝部５０，５２，５３，５５から張り出すようにコイル線５を曲げることで形成されており、コイル線５が高さ方向に重なり合う部分は形成されていない。
【０１０９】
外側導線部１０によって囲まれた領域内には、接続端部１６と、内側導線部１１と、接続端部１７とによって囲まれた領域Ｒ５が形成されている。
【０１１０】
そして、外側導線部１０によって囲まれた領域内であって、領域Ｒ５以外の部分には、外側導線部１０および内側導線部１１によって囲まれた複数の領域Ｒ１０，Ｒ１１，Ｒ１３，Ｒ１５，Ｒ１６，Ｒ１７，Ｒ１８，Ｒ１９，Ｒ２１，Ｒ２３，Ｒ２４，Ｒ２５と、内側導線部１１によって囲まれた領域Ｒ１２，Ｒ１４，Ｒ２０，Ｒ２２とが形成されている。
【０１１１】
具体的には、領域Ｒ１０は、辺部１２の一部と、幹線部２３の一部と、枝部５０の一部と、突出部５６の一部とによって取り囲まれている。領域Ｒ１１は、辺部１３の一部と、辺部１２の一部と、突出部５６の一部と、枝部５０の一部とによって囲まれている。領域Ｒ１２は、幹線部２３の一部と、枝部５０の一部と、突出部５７の一部と、枝部５１の一部とによって囲まれている。領域Ｒ１３は、辺部１３の一部と、突出部５７の一部と、枝部５０の一部と、枝部５１の一部とによって囲まれている。
【０１１２】
領域Ｒ１４は、枝部５１の一部と、幹線部２３の一部と、枝部５２の一部と、突出部５８の一部とによって取り囲まれている。領域Ｒ１５は、辺部１３の一部と、枝部５１の一部と、突出部５８の一部と、枝部５２の一部とによって囲まれている。
【０１１３】
領域Ｒ１６は、幹線部２３の一部と、枝部５２の一部と、突出部５９の一部と、辺部１４の一部とによって囲まれている。領域Ｒ１７は、辺部１３の一部と、突出部５９の一部と、枝部５２の一部と、辺部１４の一部とによって囲まれている。
【０１１４】
領域Ｒ１８は、辺部１４の一部と、幹線部２４の一部と、枝部５３の一部と、突出部６０の一部とによって取り囲まれている。領域Ｒ１９は、辺部１４の一部と、辺部１５の一部と、突出部６０の一部と、枝部５３の一部とによって囲まれている。領域Ｒ２０は、幹線部２４の一部と、枝部５３の一部と、突出部６１の一部と、枝部５４の一部とによって囲まれている。領域Ｒ２１は、辺部１５の一部と、突出部６１の一部と、枝部５３の一部と、枝部５４の一部とによって囲まれている。
【０１１５】
領域Ｒ２２は、枝部５４の一部と、幹線部２４の一部と、枝部５５の一部と、突出部６２の一部とによって取り囲まれている。領域Ｒ２３は、枝部５４の一部と、辺部１５の一部と、突出部６２の一部と、枝部５５の一部とによって囲まれている。領域Ｒ２４は、幹線部２４の一部と、枝部５５の一部と、突出部６３の一部と、辺部１２の一部とによって囲まれている。領域Ｒ２５は、枝部５５の一部と、突出部６３の一部と、辺部１２の一部と、辺部１５の一部とによって囲まれている。
【０１１６】
図１０は、車両側共鳴コイル１１０に電流が流れたときの様子を示す平面図である。この図１０および図１１において、車両側共鳴コイル１１０には、複数の単位コイル７０〜８５が形成されている。
【０１１７】
ここで、単位コイル７０，７１，７３，７５，７６，７７，７８，７９，８１，８３，８４，８５は、外側導線部１０および内側導線部１１のうち、領域Ｒ１０，Ｒ１１，Ｒ１３，Ｒ１５，Ｒ１７，Ｒ１６，Ｒ１８，Ｒ１９，Ｒ２１，Ｒ２３，Ｒ２４，Ｒ２５を囲む部分によって形成されている。
【０１１８】
単位コイル７２，７４，８０，８２は、内側導線部１１のうち、領域Ｒ１２，Ｒ１４，Ｒ２０，Ｒ２２を囲む部分によって形成されている。
【０１１９】
なお、図１０からも明らかなように、車両側共鳴コイル１１０に電流が流れた際に、各単位コイル７０〜８５が形成する磁界の方向は一致していることがわかる。
【０１２０】
図１１は、本実施の形態に係る設備側共鳴コイル２４０を示す平面図であり、この図１１に示すように、本実施の形態２の設備側共鳴コイル２４０は、図９などに示す車両側共鳴コイル１１０と実質的に同じ形状とされている。
【０１２１】
このように形成された車両側共鳴コイル１１０および設備側共鳴コイル２４０によれば、車両側共鳴コイル１１０と設備側共鳴コイル２４０とが位置ずれしたとしても、車両側共鳴コイル１１０と設備側共鳴コイル２４０との重なり部分が多く、送電および受電効率の低減を図ることができる。
【０１２２】
なお、本実施の形態１，２においては、内側導線部１１は１つとされているが、内側導線部１１を複数形成してもよい。
【０１２３】
図１２は、車両側共鳴コイル１１０の第１変形例を示す平面図である。この図１２に示すように、外側導線部１０の周方向に間隔をあけて複数の内側導線部１１Ａ〜１１Ｄを形成してもよい。さらに、各内側導線部１１Ａ〜１１Ｄには、枝部や突出部を形成してもよい。
【０１２４】
なお、上記実施の形態２に係る車両側共鳴コイル１１０においては、各単位コイル７０〜８５の大きさが実質的に一致するように形成されているが、位置によって単位コイル７０〜８５の大きさを異ならせてもよい。
【０１２５】
図１３は、車両側共鳴コイル１１０の第２変形例を示す平面図である。この図１３に示す例においては、単位コイル７４，７６，７８，８１の大きさが他の単位コイルよりも大きくなるように形成されている。
【０１２６】
なお、図５などに示す上記実施の形態１に係る車両側共鳴コイル１１０においては、幹部２０の長さ方向の中央部から幹部２０に垂直な方向に延びる枝部２１，２２が形成されているが、さらに複数の枝部を形成してもよい。
【０１２７】
図１４は、車両側共鳴コイル１１０の第３変形例を示す平面図であり、この図１４に示すように放射状に複数の枝部２１Ａ〜２１Ｃ，２２Ａ〜２２Ｃを形成してもよい。
【０１２８】
図１５から図２６を用いて、本実施の形態１，２に係る車両側共鳴コイル１１０および設備側共鳴コイル２４０を用いて、送電および受電を行ったときの送電・受電効率と、比較例の車両側自己共振コイルおよび設備側自己共振コイルを用いて送電および受電を行ったときの送電・受電効率について説明する。
【０１２９】
図１５は、第１比較例としての共鳴コイルモデル１１０Ａを示す斜視図である。共鳴コイルモデル１１０Ａの形状は、一辺が１ｍの正方形形状とされている。２つの共鳴コイルモデル１１０Ａを用いて、一方の共鳴コイルモデル１１０Ａから他方の共鳴コイルモデル１１０Ａに電力を送電したときにおける送電・受電効率をシミュレーションソフトした結果を図１６に示す。なお、シミュレーションソフトとしては、ＦＥＫＯ（（３次元電磁界解析シミュレータ）：ＥＭＳＳ社製）を採用した。
【０１３０】
図１６は、図１５に示す共鳴コイルモデル１１０Ａを２つ用いて電力を送電・受電したときの送電・受電効率を示すグラフである。
【０１３１】
図１６において、横軸は、共鳴コイルモデル１１０Ａと設備側共鳴コイル２４０Ａとの水平方向の相対的な位置ずれ量ｄｘ（ｍ）を示し、縦軸は、鉛直方向の相対的な位置ずれ量ｄｚ（ｍ）を示す。なお、図１６において、（０，０）は共鳴コイルモデル１１０Ａと設備側共鳴コイル２４０Ａとが一致していることを示す。
【０１３２】
さらに、図１６に示す効率領域Ｅ１〜効率領域Ｅ７は、各位置における送電・受電効率を示すものである。効率領域Ｅ１が最も送電・受電効率の高い領域を示し、効率領域Ｅ１から効率領域Ｅ２，効率領域Ｅ３，効率領域Ｅ４，効率領域Ｅ５，効率領域Ｅ６，効率領域Ｅ７となるにつれて、送電・受電効率が低下する。そして、効率領域Ｅ７が最も送電・受電効率が低い領域を示す。
【０１３３】
図１７は、第２比較例としての共鳴コイル１１０Ｂを示す斜視図である。共鳴コイル１１０Ｂは、複数の小コイル１１２Ａ，１１２Ｂ，１１２Ｃ，１１２Ｄを含み、小コイル１１２Ａ〜１１２Ｄは、巻回中心線Ｏの周囲に環状に配置されている。
【０１３４】
共鳴コイル１１０Ｂは、小コイル１１２Ａ〜１１２Ｄのうち、互いに隣り合う小コイル１１２Ａ〜１１２Ｄ同士を接続する接続線１１３Ａ〜１１３Ｄと、接続線１１３Ｂに接続されたキャパシタ１１１Ａとを含む。各接続線１１３Ａ〜１１３Ｄは、小コイル１１２Ａ〜１１２Ｄよりも、巻回中心線Ｏの近傍に配置されている。なお、接続線１１３Ａは、接続線１１３Ｂの上方をとおり、接続線１１３Ｂは、接続線１１３Ｃの上方を通る。接続線１１３Ｃは、接続線１１３Ｄの上方をとおり、接続線１１３Ｄは、接続線１１３Ａの上方を通る。
【０１３５】
図１８は、図１７に示す共鳴コイル１１０Ｂをモデル化した共鳴コイルモデル１１０Ｃの斜視図である。なお、共鳴コイルモデル１１０Ｃの一辺の長さは、１ｍである。
【０１３６】
２つの共鳴コイルモデル１１０Ｃを用いて、一方の共鳴コイルモデル１１０Ｃと、他方の共鳴コイルモデル１１０Ｃとの間で電力の送電・受電をシミュレーションした結果を図１９に示す。
【０１３７】
なお、この図１９に示すグラフにおいても、横軸は、共鳴コイルモデル１１０Ｃ同士の水平方向の相対的な位置ずれ量ｄｘ（ｍ）を示し、縦軸は、鉛直方向の相対的な位置ずれ量ｄｚ（ｍ）を示す。なお、図１９に示す効率領域Ｅ１〜効率領域Ｅ７は、図１６に示す効率領域Ｅ１〜効率領域Ｅ７に対応している。
【０１３８】
図２０は、第３比較例としての共鳴コイル１１０Ｅを示す斜視図である。この共鳴コイル１１０Ｅは、巻回中心線Ｏの周囲に配置された複数の小コイル１１２Ａ〜小コイル１１２Ｄと、小コイル１１２Ａ〜１１２Ｄの外周側に配置された外側コイル１１４と、複数の接続部１１５Ａ，１１５Ｂ，１１５Ｃ，１１５Ｄを含む。
【０１３９】
接続部１１５Ａは、外側コイル１１４と小コイル１１２Ａとを接続し、接続部１１５Ｂは、外側コイル１１４と小コイル１１２Ｂとを接続する。接続部１１５Ｃは、外側コイル１１４と、小コイル１１２Ｃとを接続し、接続部１１５Ｄは、外側コイル１１４と小コイル１１２Ｄとを接続する。接続部１１５Ａ，１１５Ｂ，１１５Ｃ，１１５Ｄは、小コイル１１２Ａ，１１２Ｂ，１１２Ｃ，１１２Ｄまたは外側コイル１１４を跨ぐように形成されており、上方に向けて湾曲するように形成されている。
【０１４０】
図２１は、図２０に示す共鳴コイル１１０Ｅをモデル化した共鳴コイルモデル１１０Ｆを示す斜視図である。なお、共鳴コイルモデル１１０Ｆの外側コイルの直径は、１ｍであり、この共鳴コイルモデル１１０Ｆには、キャパシタ１１１Ｆが設けられている。
【０１４１】
２つの共鳴コイルモデル１１０Ｆを用いて、一方の共鳴コイルモデル１１０Ｆと他方の共鳴コイルモデル１１０Ｆとの間で電力の送電・受電を行ったときの送電・受電効率をシミュレーションした結果を、図２２に示す。図２２は、２つの共鳴コイルモデル１１０Ｆの間で送電・受電をシミュレーションした結果を示すグラフである。なお、この図２２に示す効率領域Ｅ１〜Ｅ７も、上記図１６、図１９に示す効率領域Ｅ１〜Ｅ７に対応する。
【０１４２】
図２３は、本実施の形態１に係る車両側共鳴コイル１１０をモデル化したときの共鳴コイルモデル１１０Ｇを示す斜視図である。
【０１４３】
この図２３において、共鳴コイルモデル１１０Ｇの一辺の長さは、１ｍである。２つの共鳴コイルモデル１１０Ｇを用いて、一方の共鳴コイルモデル１１０Ｇと他方の共鳴コイルモデル１１０Ｇとの間で電力の送電・受電を行ったときの送電・受電効率を図２４に示す。なお、この図２４に示す効率領域Ｅ１〜Ｅ７も、上記図１６、図１９および図２２に示す効率領域Ｅ１〜Ｅ７に対応する。
【０１４４】
図２５は、図９に示す車両側共鳴コイル１１０をモデル化した共鳴コイルモデル１１０Ｈを示す斜視図である。２つの共鳴コイルモデル１１０Ｈを用いて、一方の共鳴コイルモデル１１０Ｈと他方の共鳴コイルモデル１１０Ｈとの間で電力の送電・受電を行ったときの電力の送電・受電効率を図２６に示す。
【０１４５】
ここで、図１６、図１９、図２２、図２４および図２６に示すシミュレーション結果を比べると、共鳴コイルモデル１１０Ａよりも、共鳴コイルモデル１１０Ｃ，１１０Ｆ，１１０Ｇ，１１０Ｈの方が送電・受電効率が高いことがわかる。
【０１４６】
さらに、共鳴コイルモデル１１０Ｆ，１１０Ｇ，１１０Ｈは、共鳴コイルモデル１１０Ｃよりも送電・受電効率が高いことがわかる。
【０１４７】
そして、共鳴コイルモデル１１０Ｇの送電・受電効率と、共鳴コイルモデル１１０Ｆの送電・受電効率とは、同程度であることがわかる。さらに、共鳴コイルモデル１１０Ｈの送電・受電効率が最も高いことがわかる。
【０１４８】
このように、本実施の形態１，２に係る車両側共鳴コイル１１０および設備側共鳴コイル２４０によれば、高い送電・受電効率を得ることができることがわかる。また、上記のように、本実施の形態１，２に係る車両側共鳴コイル１１０および設備側共鳴コイル２４０によれば、巻回中心線Ｏ方向の薄型化を図ることができる。
【０１４９】
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。さらに、各実施の形態に記載された構成を組み合わせることは、出願当初から予定されている。
【産業上の利用可能性】
【０１５０】
本発明は、共鳴コイル、送電装置、受電装置および電力送電システムに適用することができる。
【符号の説明】
【０１５１】
１，２，３，４，７０，７１，７２，７３，７５，７６，７７，７８，７９，８０，８１，８３，８４，８５ 単位コイル、５ コイル線、１０，４０ 外側導線部、１１，４１ 内側導線部、１２，１３，１４，１５ 辺部、１６，１７，２５，２６，２７，２８ 接続端部、２０ 幹部、２１，２２，５０，５１，５２，５３，５４，５５ 枝部、２３，２４ 幹線部、３０，３１，３２，３３，３４，３５ 分岐導線部、５６，５７，５８，５９，６０，６１，６２，６３ 突出部、１００ 電動車両、１０１ 車両側コイルユニット、１１０ 車両側共鳴コイル、１１０Ａ，１１０Ｃ，１１０Ｆ，１１０Ｇ，１１０Ｈ 共鳴コイルモデル、１１１ 車両側キャパシタ、１１１Ａ，１１１Ｆ キャパシタ、１１２Ａ，１１２Ｂ，１１２Ｃ，１１２Ｄ 小コイル、１１４ 外側コイル、１２０ 車両側電磁誘導コイル、１３０ 整流器、１４０ コンバータ、１５０ バッテリ、１６０ パワーコントロールユニット、１７０ モータユニット、２００ 外部給電装置、２０１ 設備側コイルユニット、２０２ 駐車スペース、２１０ 交流電源、２２０ 高周波電力ドライバ、２３０ 設備側電磁誘導コイル、２４０ 設備側共鳴コイル、２５０ 設備側キャパシタ、３１０ 高周波電源、３２０ 一次コイル、３３０ 一次自己共振コイル、３４０ 二次自己共振コイル、３５０ 二次コイル、３６０ 負荷、Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４，Ｅ５，Ｅ６，Ｅ７ 効率領域。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流が流れることで形成される磁界の向きが同じ向きとされた複数の単位コイルを含む共鳴コイルであって、
前記複数の単位コイルは、コイル中心線の周囲に配置され、
前記共鳴コイルを前記コイル中心線上から見ると、前記共鳴コイルを形成するコイル線は互いに重ならないように形成された、共鳴コイル。
【請求項２】
前記コイル中心線の周囲を取り囲むように延びる前記コイル線によって形成されると共に、第１接続端部および第２接続端部を含む外側導線部と、
一端が前記第１接続端部に接続されて他端が前記第２接続端部に接続されると共に、前記外側導線部によって囲まれる領域内に配置され、前記コイル線によって形成された内側導線部と、
を備え、
前記外側導線部によって囲まれる第１領域内には、前記内側導線部と前記外側導線部とによって囲まれた複数の第２領域が形成され、
前記第２領域を囲む前記外側導線部および前記内側導線部によって前記単位コイルが形成された、請求項１に記載の共鳴コイル。
【請求項３】
前記外側導線部は、前記コイル線を曲げて形成され、
前記内側導線部は、前記第１接続端部および前記第２接続端部から前記コイル線を曲げて形成された、請求項２に記載の共鳴コイル。
【請求項４】
前記第１接続端部と前記第２接続端部と前記内側導線部とによって囲まれる第３領域の面積よりも、前記複数の第２領域が占める面積の方が広い、請求項２または請求項３に記載の共鳴コイル。
【請求項５】
前記内側導線部は、前記外側導線部から前記コイル中心線側に向かう方向に延びる幹部と、前記幹部から分岐するよう延び、前記コイル線によって形成された枝部とを含む、請求項２から請求項４のいずれかに記載の共鳴コイル。
【請求項６】
前記外側導線部は、前記第１接続端部および前記第２接続端部が形成された第１辺部と、一端が前記第１辺部の一端に接続された第２辺部と、一端が前記第１辺部の他端に接続された第３辺部と、前記第２辺部の他端および前記第３辺部の他端を接続する第４辺部とを含み、
前記幹部は、前記第１辺部から前記第４辺部に向けて延び、
前記内側導線部は、前記幹部から前記第２辺部に向けて延びる第１枝部と、前記幹部から前記第３辺部に向けて延びる第２枝部とを含む、請求項５に記載の共鳴コイル。
【請求項７】
前記コイル中心線の周囲を取り囲むように延びる前記コイル線によって形成されると共に、第１接続端部および第２接続端部を含む外側導線部と、
一端が前記第１接続端部に接続されて他端が前記第２接続端部に接続されると共に、前記外側導線部によって囲まれる領域内に配置され、前記コイル線によって形成された内側導線部と、
を備え、
前記外側導線部によって囲まれる第１領域内には、前記内側導線部と前記外側導線部とによって囲まれた複数の第２領域と、前記第１接続端部と前記第２接続端部と前記内側導線部とによって囲まれる第３領域と、前記第３領域以外の領域であって、前記内側導線部によって囲まれた複数の第４領域とが形成され、
前記単位コイルは、前記第２領域を囲む前記内側導線部および前記外側導線部と、前記第４領域を形成する前記内側導線部とによって形成された、請求項１に記載の共鳴コイル。
【請求項８】
前記複数の第２領域と前記複数の第４領域とが占める領域の面積は、前記第３領域が占める領域の面積よりも広い、請求項７に記載の共鳴コイル。
【請求項９】
前記内側導線部は、前記外側導線部から前記コイル中心線側に向かう方向に延る幹部と、前記幹部から分岐するように形成された枝部と、前記枝部の長さ方向の中間部から突出するように形成された突出部と、
を含む、請求項７または請求項８に記載の共鳴コイル。
【請求項１０】
前記内側導線部は、前記外側導線部の延在方向に間隔をあけて複数形成された、請求項２から請求項９のいずれかに記載の共鳴コイル。
【請求項１１】
前記コイル線が仮想平面上に位置するように形成された、請求項１から請求項１０のいずれかに記載の共鳴コイル。
【請求項１２】
受電装置に設けられた受電用共鳴コイルと電磁界共振結合する送電用共鳴コイルと、
外部電源から電力が供給され、電磁誘導によって前記送電用共鳴コイルに電力を供給する第１コイルと、
を備え、
前記送電用共鳴コイルは、請求項１から請求項１１のいずれかに記載の共鳴コイルである、送電装置。
【請求項１３】
送電装置に設けられた送電用共鳴コイルと電磁界共振結合する受電用共鳴コイルと、
電磁誘導によって前記受電用共鳴コイルから電力を受け取る第２コイルと、
を備え、
前記受電用共鳴コイルは、請求項１から請求項１１のいずれかに記載の共鳴コイルである、受電装置。
【請求項１４】
請求項１２に記載の送電装置と、
請求項１３に記載の受電装置と、
を備えた、電力送電システム。
【請求項１】
電流が流れることで形成される磁界の向きが同じ向きとされた複数の単位コイルを含む共鳴コイルであって、
前記複数の単位コイルは、コイル中心線の周囲に配置され、
前記共鳴コイルを前記コイル中心線上から見ると、前記共鳴コイルを形成するコイル線は互いに重ならないように形成された、共鳴コイル。
【請求項２】
前記コイル中心線の周囲を取り囲むように延びる前記コイル線によって形成されると共に、第１接続端部および第２接続端部を含む外側導線部と、
一端が前記第１接続端部に接続されて他端が前記第２接続端部に接続されると共に、前記外側導線部によって囲まれる領域内に配置され、前記コイル線によって形成された内側導線部と、
を備え、
前記外側導線部によって囲まれる第１領域内には、前記内側導線部と前記外側導線部とによって囲まれた複数の第２領域が形成され、
前記第２領域を囲む前記外側導線部および前記内側導線部によって前記単位コイルが形成された、請求項１に記載の共鳴コイル。
【請求項３】
前記外側導線部は、前記コイル線を曲げて形成され、
前記内側導線部は、前記第１接続端部および前記第２接続端部から前記コイル線を曲げて形成された、請求項２に記載の共鳴コイル。
【請求項４】
前記第１接続端部と前記第２接続端部と前記内側導線部とによって囲まれる第３領域の面積よりも、前記複数の第２領域が占める面積の方が広い、請求項２または請求項３に記載の共鳴コイル。
【請求項５】
前記内側導線部は、前記外側導線部から前記コイル中心線側に向かう方向に延びる幹部と、前記幹部から分岐するよう延び、前記コイル線によって形成された枝部とを含む、請求項２から請求項４のいずれかに記載の共鳴コイル。
【請求項６】
前記外側導線部は、前記第１接続端部および前記第２接続端部が形成された第１辺部と、一端が前記第１辺部の一端に接続された第２辺部と、一端が前記第１辺部の他端に接続された第３辺部と、前記第２辺部の他端および前記第３辺部の他端を接続する第４辺部とを含み、
前記幹部は、前記第１辺部から前記第４辺部に向けて延び、
前記内側導線部は、前記幹部から前記第２辺部に向けて延びる第１枝部と、前記幹部から前記第３辺部に向けて延びる第２枝部とを含む、請求項５に記載の共鳴コイル。
【請求項７】
前記コイル中心線の周囲を取り囲むように延びる前記コイル線によって形成されると共に、第１接続端部および第２接続端部を含む外側導線部と、
一端が前記第１接続端部に接続されて他端が前記第２接続端部に接続されると共に、前記外側導線部によって囲まれる領域内に配置され、前記コイル線によって形成された内側導線部と、
を備え、
前記外側導線部によって囲まれる第１領域内には、前記内側導線部と前記外側導線部とによって囲まれた複数の第２領域と、前記第１接続端部と前記第２接続端部と前記内側導線部とによって囲まれる第３領域と、前記第３領域以外の領域であって、前記内側導線部によって囲まれた複数の第４領域とが形成され、
前記単位コイルは、前記第２領域を囲む前記内側導線部および前記外側導線部と、前記第４領域を形成する前記内側導線部とによって形成された、請求項１に記載の共鳴コイル。
【請求項８】
前記複数の第２領域と前記複数の第４領域とが占める領域の面積は、前記第３領域が占める領域の面積よりも広い、請求項７に記載の共鳴コイル。
【請求項９】
前記内側導線部は、前記外側導線部から前記コイル中心線側に向かう方向に延る幹部と、前記幹部から分岐するように形成された枝部と、前記枝部の長さ方向の中間部から突出するように形成された突出部と、
を含む、請求項７または請求項８に記載の共鳴コイル。
【請求項１０】
前記内側導線部は、前記外側導線部の延在方向に間隔をあけて複数形成された、請求項２から請求項９のいずれかに記載の共鳴コイル。
【請求項１１】
前記コイル線が仮想平面上に位置するように形成された、請求項１から請求項１０のいずれかに記載の共鳴コイル。
【請求項１２】
受電装置に設けられた受電用共鳴コイルと電磁界共振結合する送電用共鳴コイルと、
外部電源から電力が供給され、電磁誘導によって前記送電用共鳴コイルに電力を供給する第１コイルと、
を備え、
前記送電用共鳴コイルは、請求項１から請求項１１のいずれかに記載の共鳴コイルである、送電装置。
【請求項１３】
送電装置に設けられた送電用共鳴コイルと電磁界共振結合する受電用共鳴コイルと、
電磁誘導によって前記受電用共鳴コイルから電力を受け取る第２コイルと、
を備え、
前記受電用共鳴コイルは、請求項１から請求項１１のいずれかに記載の共鳴コイルである、受電装置。
【請求項１４】
請求項１２に記載の送電装置と、
請求項１３に記載の受電装置と、
を備えた、電力送電システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【公開番号】特開２０１２−１７８４１７（Ｐ２０１２−１７８４１７Ａ）
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３９９２３（Ｐ２０１１−３９９２３）
【出願日】平成２３年２月２５日（２０１１．２．２５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（３０４０２１２７７）国立大学法人 名古屋工業大学 (784)
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２５日（２０１１．２．２５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（３０４０２１２７７）国立大学法人 名古屋工業大学 (784)
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