JP2019179904A - コイルユニット、ワイヤレス送電装置、ワイヤレス受電装置、ワイヤレス電力伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】コイルから発生する磁束のコイル周方向のばらつきを抑制しながら、電力伝送効率の更なる向上を可能としたコイルユニットを提供する。【解決手段】平面コイル２と、磁性体３と、コンデンサモジュール４とを備え、コンデンサモジュール４は、基板５と、基板５上に実装される複数のコンデンサ素子６と、複数のコンデンサ素子６が実装された素子領域６０の外側に設けられた第１の接続端子７ａ及び第２の接続端子７ｂとを有し、第１の接続端子７ａが平面視で巻線部２ａの内側に設けられ、第２の接続端子７ｂが平面視で巻線部２ａの外側に設けられており、第１の接続端子７ａと第２の接続端子７ｂとを結ぶ方向と、平面コイル２の巻線部２ａにおいて導体が延在する方向と、が直交するとともに、素子領域６０がコイル２の巻線部２ａと平面視で重なる範囲内に設けられるコイルユニット１を選択する。【選択図】図５

Description

本発明は、コイルユニット、ワイヤレス送電装置、ワイヤレス受電装置及びワイヤレス電力伝送システムに関する。

近年、モバイル機器や電気自動車などへの充電を行う際に、互いに向かい合う一次（送電）コイルと二次（受電）コイルとの間の電磁誘導作用を利用して、電力をワイヤレスで伝送するワイヤレス電力伝送技術が注目されている。

上記ワイヤレス電力伝送技術を利用して電力伝送を行う装置としては、例えば、ワイヤレス電力伝送装置が知られている。このワイヤレス電力伝送装置は、送電装置に設けられた一次コイルと、受電装置に設けられた二次コイルとによって構成されており、一次コイルが発生する磁束が二次コイルに鎖交することにより電力の伝送を行う。

また、ワイヤレス電力伝送装置では、電力伝送を高効率で行うため、一次コイル及び二次コイルにコンデンサを接続して共振回路を構成することが知られている。上記コンデンサとしては、基板に複数のコンデンサ素子が実装されたコンデンサモジュール（「コンデンサユニット」ということもある）が用いられ、コイルと共に一体化されて設けられる場合がある。

ここで、特許文献１には、非接触給電システムに用いられるコイルユニット（「ＬＣ回路ユニット」という場合もある）が開示されている。特許文献１に開示されたコイルユニットでは、コイルの巻回中心部にコンデンサモジュールが設けられた構成が提案されている。

特開２０１７−０８４８６５号公報

ところで、ワイヤレス電力伝送装置において、一次（送電）コイルから発生する磁束にコイル周方向のばらつきが生じる場合、一次コイルと二次コイルとの間で位置ずれが生じた際に、位置ずれの方向に応じてコイルの特性が変化してしまう場合がある。そのため、ワイヤレス電力伝送装置を構成する一次（送電）コイル及び二次（受電）コイルでは、コイルから発生する磁束のコイル周方向のばらつきを抑制することが望まれている。

しかしながら、特許文献１に開示されたコイルユニットでは、コイルの磁気的対称性が考慮されていないため、コイルとコンデンサモジュールとの接続位置によってはコイルから発生する磁束にコイル周方向のばらつきが生じる場合がある。

また、特許文献１に開示されたコイルユニットでは、コンデンサモジュールがコイルの巻回中心部に配置されているため、コイルから発生する磁束に鎖交しやすく、コンデンサモジュールが発熱してしまう場合がある。この発熱によっても、コイルから発生する磁束にコイル周方向のばらつきが生じる場合がある。

本発明は、上記事情に鑑みて提案されたものであり、コイルから発生する磁束のコイル周方向のばらつきを抑制しながら、電力伝送効率の更なる向上を可能としたコイルユニット、並びに、そのようなコイルユニットを備えるワイヤレス送電装置、ワイヤレス受電装置、及びワイヤレス電力伝送システムを提供することを課題とする。

本発明のコイルユニットは、導体が渦巻状に設けられたコイルと、前記コイルに接続されて共振回路を構成するコンデンサモジュールと、前記コイルと前記コンデンサモジュールとの間に設けられた磁性体と、を備え、前記コンデンサモジュールは、厚み方向において互いに対向する第１の主面と第２の主面とを有する基板と、前記基板の前記第１の主面と前記第２の主面とのうち、少なくともいずれか一方の主面上に実装される複数のコンデンサ素子と、前記基板を平面視した際、複数の前記コンデンサ素子が実装された素子領域の外側に設けられた第１の接続端子と、前記基板を平面視した際、前記素子領域の外側に、前記素子領域を挟んで前記第１の接続端子と対向するように設けられた第２の接続端子と、を有し、前記第１の接続端子と前記第２の接続端子とのうち、いずれか一方の接続端子が平面視で前記コイルの導体が渦巻状に設けられている部分の内側に設けられ、前記コイルの導体が渦巻状に設けられている部分の一端側から内側に向かって延長された第１の配線部と電気的に接続されるとともに、いずれか他方の接続端子が平面視で前記コイルの導体が渦巻状に設けられている部分の外側に設けられ、前記コイルの導体が渦巻状に設けられている部分の他端側から外側に向かって延長された第２の配線部と電気的に接続されており、前記第１の接続端子と前記第２の接続端子とを結ぶ方向と、前記コイルの導体が渦巻状に設けられている部分において前記導体が延在する方向とが直交するとともに、前記素子領域が、少なくとも前記コイルの導体が渦巻状に設けられている部分と平面視で重なる範囲内に設けられる。

以上のように、本発明によれば、コイルから発生する磁束のコイル周方向のばらつきを抑制しながら、電力伝送効率の更なる向上を可能としたコイルユニット、並びに、そのようなコイルユニットを備えるワイヤレス送電装置、ワイヤレス受電装置、及びワイヤレス電力伝送システムを提供することが可能である。

本発明の一実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの一例を示す構成図である。 図１中のワイヤレス電力伝送システムの送電コイルユニット及び受電コイルユニットの構成を示す回路図である。 本発明を適用したコイルユニットの一構成例を示す斜視図である。 本発明を適用したコイルユニットの、コイル側からの平面図である。 本発明を適用したコイルユニットの、コンデンサモジュール側からの平面図である。 本発明の一実施形態に係るワイヤレス送電装置、及びワイヤレス受電装置の一例を示す断面図である。 本発明を適用したコイルユニットの変形例の、コンデンサモジュール側からの平面図である。 本発明を適用したコイルユニットの変形例の、コンデンサモジュール側からの平面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らないものとする。また、以下の説明において例示される材料や寸法等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。

（ワイヤレス電力伝送システム）
まず、本発明の一実施形態として、例えば図１及び図２に示すワイヤレス電力伝送システム１００について説明する。図１は、ワイヤレス電力伝送システム１００の一例を示す構成図である。図２は、ワイヤレス電力伝送システム１００の送電コイルユニット２０３及び受電コイルユニット３０１の構成を示す回路図である。

本実施形態のワイヤレス電力伝送システム１００は、図１及び図２に示すように、電気自動車ＥＶに搭載されたバッテリー（二次電池）に対してワイヤレス充電を行う。電気自動車ＥＶは、バッテリーに充電された電力によりモーターを駆動して走行する電動車両（移動体）である。本実施形態では、ワイヤレス電力伝送システム１００が電気自動車ＥＶに適用されているが、他の実施形態ではワイヤレス電力伝送システムが電気自動車ＥＶ以外の移動体、モバイル機器等に適用されてもよい。

ワイヤレス電力伝送システム１００は、ワイヤレス送電装置２００とワイヤレス受電装置３００とを備える。ワイヤレス送電装置２００は充電設備側の地面Ｇに設置されている。ワイヤレス受電装置３００は電気自動車ＥＶに搭載されている。

ワイヤレス送電装置２００は、変換回路２０１と送電回路２０２と送電コイルユニット２０３とを備える。ワイヤレス受電装置３００は、受電コイルユニット３０１と、整流平滑回路３０３とを有する。なお、負荷Ｖloadはワイヤレス受電装置３００の外側に配置されている。

変換回路２０１は、外部の商用電源Ｐと電気的に接続されて、商用電源Ｐから入力される交流電圧を所望の直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣ電源として機能する。変換回路２０１は、送電回路２０２と電気的に接続されている。変換回路２０１は、変換された直流電圧を送電回路２０２に供給する。

変換回路２０１については、送電回路２０２に対して直流電圧を出力するものであればよく、その構成は特に制限されない。変換回路２０１としては、交流電圧を整流して直流電圧に変換する整流回路と力率改善を行うＰＦＣ（Power Factor Correction）回路とを組み合わせた変換回路；前記整流回路とスイッチングコンバータ等のスイッチング回路とを組み合わせた変換回路等が例示される。

送電回路２０２は、変換回路２０１から供給される直流電圧を交流電圧に変換する。送電回路２０２としては、複数のスイッチング素子がブリッジ接続されたスイッチング回路等が例示される。送電回路２０２は、送電コイルユニット２０３と電気的に接続されている。送電回路２０２は、送電コイルユニット２０３が備える後述の第１のＬＣ共振回路の共振周波数に基づいて駆動周波数が制御された交流電圧を送電コイルユニット２０３に供給する。

送電コイルユニット２０３は、第１のＬＣ共振回路と図示略の磁性体とを備える。図示略の磁性体については、後述の「（コイルユニット）」の項で詳細に説明する。
第１のＬＣ共振回路は、送電コイルＬ１と送電側コンデンサＣ１とを含む。第１のＬＣ共振回路の共振周波数を受電コイルユニット３０１側の共振周波数に近づける（一致させる場合も含む）ことで、磁界共鳴方式のワイヤレス電力伝送が可能となっている。また、他の実施形態において、送電コイルユニットはＬＣ共振回路を備えなくてもよい。すなわち、他の実施形態において、送電コイルユニットは、送電側コンデンサを含まなくてもよい。

本実施形態の送電コイルユニット２０３では、リアクトルＬｓが送電側コンデンサＣ１に対して直列に挿入された構成となっている。この構成の場合、送電コイルユニット２０３、受電コイルユニット３０１、整流平滑回路３０３及び負荷Ｖloadで構成されるワイヤレス電力伝送網のインピーダンスの虚部が正となるように制御しやすくなる。リアクトルＬｓは、送電コイルユニット２０３側の共振周波数よりも十分高い周波数成分に対してハイインピーダンスとなる。これにより、高周波成分を除去するフィルターとして機能できる。

送電コイルＬ１は、ワイヤレス電力伝送用コイルにより構成されている。本実施形態の送電コイルＬ１は、電気自動車ＥＶのフロア下と向かい合うように、地面Ｇの上に設置又は地面Ｇに埋設されている。なお、本実施形態では、送電コイルＬ１（送電コイルユニット２０３）が変換回路２０１とともに地面Ｇの上に設置された構成となっている。

送電側コンデンサＣ１は、共振周波数を調整する機能を有している。本実施形態の送電側コンデンサＣ１は、送電コイルＬ１に対して直列に接続された第１のコンデンサＣ１１と、送電コイルＬ１に対して並列に接続された第２のコンデンサＣ１２とにより構成されているが、このような構成に限定されない。例えば、送電コイルＬ１に直列に接続された第１のコンデンサＣ１１のみからなる構成でもよい。

受電コイルユニット３０１は、第２のＬＣ共振回路と図示略の磁性体とを備える。図示略の磁性体については、後述の「（コイルユニット）」の項で詳細に説明する。
第２のＬＣ共振回路は、受電コイルＬ２と、受電側コンデンサＣ２とを含む。第２のＬＣ共振回路の共振周波数を送電コイルユニット２０３側の共振周波数に近づける（一致させる場合も含む）ことで、磁界共鳴方式のワイヤレス電力伝送が可能となっている。また、他の実施形態において、受電コイルユニットはＬＣ共振回路を備えなくてもよい。すなわち、他の実施形態において、受電コイルユニットは、受電側コンデンサを含まなくてもよい。

本実施形態の受電コイルユニット３０１では、リアクトルＬｒが受電側コンデンサＣ２に対して直列に挿入された構成となっている。この構成の場合、リアクトルＬｒは、受電コイルユニット３０１側の共振周波数よりも十分高い周波数成分に対してハイインピーダンスとなる。これにより、高周波成分を除去するフィルターとして機能できる。

受電コイルＬ２は、ワイヤレス電力伝送用コイルにより構成されている。本実施形態の受電コイルＬ２は、上述した地面Ｇの上に設置又は地面Ｇに埋設された送電コイルＬ１と向かい合うように、電気自動車ＥＶのフロア下に設置されている。

受電側コンデンサＣ２は、共振周波数を調整する機能を有している。本実施形態の受電側コンデンサＣ２は、受電コイルＬ２に対して直列に接続された第３のコンデンサＣ２１と、受電コイルＬ２に対して並列に接続された第４のコンデンサＣ２２とにより構成されているが、このような構成に限定されない。例えば、受電コイルＬ２に直列に接続された第３のコンデンサＣ２１のみからなる構成でもよい。

整流平滑回路３０３は、受電コイルユニット３０１と電気的に接続されて、受電コイルＬ２から供給される交流電圧を整流して直流電圧に変換する。整流平滑回路３０３としては、１つのスイッチング素子又はダイオードと平滑コンデンサとから構成される半波整流平滑回路；ブリッジ接続された４つのスイッチング素子又はダイオードと平滑コンデンサとから構成される全波整流平滑回路等が例示される。整流平滑回路３０３は、負荷Ｖloadと電気的に接続されている。整流平滑回路３０３は、変換された直流電力を負荷Ｖloadに供給する。なお、ワイヤレス受電装置３００では、整流平滑回路３０３と負荷Ｖloadとの間に充電回路を備えた構成としてもよい。

負荷Ｖloadは、整流平滑回路３０３の出力端子の間に接続されて、整流平滑回路３０３から直流電圧が供給される。負荷Ｖloadとしては、上述した電気自動車ＥＶに搭載されたバッテリー、モーター等が例示される。

負荷Ｖloadは、電力の需要状態（貯蔵状態又は消費状態）によって、等価抵抗値が時間とともに変わる抵抗負荷と見なすことができる。なお、整流平滑回路３０３での消費電力は、負荷Ｖloadでの消費電力に比べて十分小さい。

以上説明した構成を備える電力伝送システム１００では、送電コイルユニット２０３と受電コイルユニット３０１との間における共振（共鳴）現象を利用した磁界共鳴方式によって、ワイヤレス送電装置２００からワイヤレス受電装置３００に向けて、電力をワイヤレスで伝送できる。すなわち、この磁界共鳴方式では、第１のＬＣ共振回路の共振周波数と第２のＬＣ共振回路の共振周波数とを近づけて（一致させる場合も含む）、この共振周波数付近の高周波電流及び電圧を送電コイルユニット２０３に印加し、電磁的に共振（共鳴）させた受電コイルユニット３０１に電力をワイヤレスで伝送（供給）することが可能である。なお、ワイヤレス送電装置２００及びワイヤレス受電装置３００は、ワイヤレス送電装置２００とワイヤレス受電装置３００との間で通信を行う通信回路を備えてもよい。

したがって、本実施形態の電力伝送システム１００では、充電ケーブルとの接続を行わずに、充電設備側から供給される電力をワイヤレスで電気自動車ＥＶに伝送しながら、この電気自動車ＥＶに搭載されたバッテリーに対してワイヤレス充電を行うことが可能である。

（コイルユニット）
次に、本発明を適用したコイルユニットとして、例えば図３〜図５に示すコイルユニット１について説明する。なお、図３は、コイルユニット１の一構成例を示す斜視図である。図４は、コイルユニット１を平面コイル側から見た平面図である。図５は、コイルユニット１をコンデンサモジュール側から見た平面図である。

本実施形態のコイルユニット１は、上記ワイヤレス送電装置１０１側のＬＣ回路１１０、又は、上記ワイヤレス受電装置１０２側のＬＣ回路１１１、又は、その両方のＬＣ回路１１０，１１１に適用可能なものである。

具体的に、このコイルユニット１は、平面コイル（コイル）２と、コイルに接続されて共振回路を構成するコンデンサモジュール４と、平面コイル２とコンデンサモジュール４との間に設けられた磁性体３とを備えている。

すなわち、このコイルユニット１は、平面コイル２と、磁性体３と、コンデンサモジュール４とが順次積層された構造を有している。なお、コイルユニット１が備える平面コイル２、磁性体３及びコンデンサモジュール４は、図示略の筐体に収容されている。

平面コイル２は、導体が渦巻状に設けられたものである。平面コイル２に適用する導体は、特に限定されない。導体としては、銅やアルミニウム等からなるリッツ線を平面スパイラル状に巻き回したものや、銅やアルミニウム等からなる金属箔を平面スパイラル状にパターニングしたものなどを用いることができる。以下、本実施形態では、平面コイル２が、導体として導線を用い、この導線が巻回された構成を有する場合を一例として説明する。

平面コイル２は、導線が平面スパイラル状に巻回された巻線部（導体が渦巻状に設けられている部分）２ａと、巻線部２ａの内周側の端部（導体が渦巻状に設けられている部分の一端側）から内周側に向かって延長された第１の配線部２ｂと、巻線部２ａの外周側の端部（導体が渦巻状に設けられている部分の他端側）から外周側に向かって延長された第２の配線部２ｃとを有している。

巻線部２ａは、導線が直線状に延在する４つ直線領域２Ａと、隣接する直線領域２Ａ同士の間に設けられ、導線が円弧状に延在する４つの曲線領域２Ｂとから構成されている。すなわち、巻線部２ａは、平面視した際、角部が丸みを帯びた略四角形状となっている。巻線部２ａの形状は、本実施形態のコイルユニット１では、巻線部２ａの形状として、平面視した際に角部が丸みを帯びた略四角形状を一例として説明したが、特に限定されるものではなく、角部が丸みを帯びた多角形であってもよいし、同心円状であってもよい。

磁性体３は、少なくとも平面コイル２の巻線部２ａと平面視で重なる範囲よりも大きい面積を有して、矩形平板状に形成されている。磁性体３の材質としては、特に限定されないものの、例えばフェライトなどの軟磁性体や、高透磁率材料を添加したポリマーシートなどを用いることができる。また、磁性体３については、複数に分割されたものを用いてもよい。

磁性体３は、中央に開口部３Ａを有している。開口部３Ａは、平面視した際、平面コイル２の内周よりも内側となるように、平面コイル２の内周に沿って設けられている。磁性体３の中央に開口部３Ａを設けることにより、平面コイル２の第１の配線部２ｂと後述するコンデンサモジュール４の接続端子の一方とを平面コイル２の内周側で電気的に接続することができる。

コンデンサモジュール４は、図３〜図５に示すように、厚み方向において互いに対向する第１の主面５ａと第２の主面５ｂとを有する基板５と、この基板５の少なくとも第１の主面５ａ上にアレイ状に並んで実装された複数のコンデンサ素子６を含むコンデンサ素子群とを備えている。

基板５は、全体として略矩形平板状に形成された絶縁基板の両面に複数の配線パターン（図示せず）が設けられた両面プリント配線板からなる。

複数のコンデンサ素子６は、平面視で略矩形状に形成された積層セラミックチップコンデンサからなる。各コンデンサ素子６は、基板５上に実装されている。

コンデンサ素子群を構成する複数のコンデンサ素子６は、第１の主面５ａ上において互いに隣接するコンデンサ素子６同士がそれぞれ接続された構造を有しているが、接続方法は特に限定されない。例えば、図５に示すように、一の方向に並ぶ複数のコンデンサ素子６が互いに直列に接続されてコンデンサ素子列を形成していてもよい。また、一の方向と直交する他の方向に、複数のコンデンサ素子列が互いに並列に接続された構造を有していてもよい。

コンデンサ素子群は、基板５の主面５ａ上において素子領域６０内に設けられている。素子領域６０の形状は、特に限定されないが、矩形であることが好ましい。これにより、素子領域６０の小型化及び集積化を図ることが可能である。

本実施形態のコイルユニット１では、図４及び図５に示すように、コンデンサモジュール４に設けられた素子領域６０が、平面コイル２の巻線部２ａと平面視で重なる範囲内に設けられている。すなわち、磁性体３を挟んで巻線部２ａの反対側に素子領域６０が配置される構造となっている。これにより、コイル２の巻線部２ａから発生する磁束が大きいコイル２が設けられた同じ平面側には、コンデンサモジュール４が配置されていないため、コンデンサモジュール４の各コンデンサ素子６と磁束との鎖交を抑制し、コンデンサ素子６の発熱を抑制することができる。したがって、コイル２から発生する磁界の、コイル周方向のばらつきを低減することができる。

また、素子領域６０は、平面コイル２の巻線部２ａの直線領域２Ａと平面視で重なる範囲内に設けられることが好ましい。これにより、磁束の影響を受けにくい範囲において、素子領域６０内により多くのコンデンサ素子６を実装することができる。

コンデンサモジュール４は、図３〜図５に示すように、コイル２の第１の配線部２ｂと電気的に接続される第１の接続端子７ａと、コイル２の第２の配線部２ｃと電気的に接続される第２の接続端子７ｂとを有している。

第１の接続端子７ａ及び第２の接続端子７ｂは、コンデンサモジュール４の外部接続用端子であり、基板５の第２の主面５ｂ上に、上方に突出した突起形状となるように設けられている。また、第１の接続端子７ａ及び第２の接続端子７ｂは、基板５を平面視した際に、素子領域６０の外側にそれぞれ設けられており、素子領域６０を挟んで互いに対向するように設けられている。すなわち、第１の接続端子７ａと第２の接続端子７ｂとは、基板５の面内においてコンデンサ素子群が設けられた素子領域６０を挟んで対称となる位置に設けられている。

コンデンサモジュール４の第１の接続端子７ａは、平面視で平面コイル２の巻線部２ａの内側に設けられている。また、コンデンサモジュール４の第２の接続端子７ｂは、平面視で平面コイル２の巻線部２ａの外側に設けられている。さらに、平面コイル２とコンデンサモジュール４とは、第１の接続端子７ａと第２の接続端子７ｂとを結ぶ方向と、平面コイル２の巻線部２ａにおいて導線（導体）が延在する方向とが直交するように配設されている。

そして、磁性体３の中央に設けられた開口部３Ａにおいて、コンデンサモジュール４の第１の接続端子７ａと平面コイル２の第１の配線部２ｂとが電気的に接続されている。さらに、磁性体３の外側において、コンデンサモジュール４の第２の接続端子７ｂと平面コイル２の第２の配線部２ｃとが電気的に接続されている。

本実施形態のコイルユニット１は、平面コイル２とコンデンサモジュール４とがこのような位置関係において接続されて、共振回路を構成する。

本実施形態のコイルユニット１によれば、平面コイル２の中心部と、巻線部２ａと電気的に接続するための、コンデンサモジュール４の一対の接続端子７ａ，７ｂとが直線上に配置される構成となる。このため、コイルユニット１は、コイルから発生する磁界のコイル周方向のばらつきを抑制することができ、コイル周方向に対して磁気的対称性を保持することができる。

また、本実施形態のコイルユニット１によれば、平面コイル２の巻線部２ａと、コンデンサモジュール４の素子領域６０との間に磁性体３を挟み込んだ状態で、平面コイル２とコンデンサモジュール４とが接続されている。換言すると、平面視した際、磁性体３を介して平面コイル２の巻線部２ａの裏側に、複数のコンデンサ素子６が実装された素子領域６０を設けた構成となっている。このため、コイルユニット１は、コンデンサモジュール４の各コンデンサ素子６と磁束との鎖交を抑制し、コンデンサ素子６の発熱を抑制することができる。すなわち、コイル２から発生する磁界の、コイル周方向のばらつきを低減することができる。

なお、本実施形態のコイルユニット１では、平面コイル２と磁性体３との間や、磁性体３とコンデンサモジュール４との間における電気的な絶縁を図るため、これら各部の間に必要に応じて絶縁層が設けられた構成としてもよい。

また、コンデンサモジュール４には、平面コイル２と接続するための第１の接続端子７ａ及び第２の接続端子７ｂの他に、さらに２つの外部端子（図示略）が設けられている。

また、本実施形態のコイルユニット１では、平面コイル２とコンデンサモジュール４とが並列に接続された構成であってもよいし、直列に接続された構成であってもよいし、直並列に接続された構成であってもよい。

具体的には、コンデンサモジュール４において、第１の接続端子７ａと２つの外部端子（図示略）のうちの一方の外部端子（図示略）との間にコンデンサ素子群が電気的に接続されている場合には、平面コイル２とコンデンサモジュール４とが直列接続となる。同様に、コンデンサモジュール４において、第２の接続端子７ｂと２つの外部端子（図示略）のうちの他方の外部端子（図示略）との間にコンデンサ素子群が電気的に接続されている場合には、平面コイル２とコンデンサモジュール４とが直列接続となる。

これに対して、第１の接続端子７ａと第２の接続端子７ｂの間にコンデンサ素子群が電気的に接続されている場合には、平面コイル２とコンデンサモジュール４とが並列接続となる。この場合、２つの外部端子（図示略）のうちの一方の外部端子（図示略）は、第１の接続端子７ａに直接接続されてもよく、基板５に形成されている図示略の配線を経由して接続されていてもよい。同様に、２つの外部端子（図示略）のうちの他方の外部端子（図示略）は、第２の接続端子７ｂに直接接続されてもよく、基板５に形成されている図示略の配線を経由して接続されていてもよい。

以上のような構成を有する本実施形態のコイルユニット１では、コンデンサモジュール４の各コンデンサ素子６と磁束との鎖交を抑制し、コンデンサ素子６の発熱を抑制することができる。また、コイルから発生する磁界のコイル周方向のばらつきを抑制することができる。したがって、コイルの磁気的対称性を損なうことによる影響を低減しながら、電力伝送効率の更なる向上を可能としたコイルユニットを提供することが可能である。

また、本実施形態のコイルユニット１は、平面コイル２とコンデンサモジュール４とが一体に積層された構造を有することで、上述したワイヤレス送電装置１０１が備えるコイルユニット（ＬＣ回路ユニット）１１０と、ワイヤレス受電装置１０２が備えるコイルユニット（ＬＣ回路ユニット）１１１とのいずれか一方又は両方に好適に用いることが可能である。

ここで、図６は、本発明の一実施形態に係るワイヤレス送電装置、及びワイヤレス受電装置の一例を示す図である。また、図６は、図２中に示すＡ−Ａ’線に沿った断面図である。図６に示すように、本実施形態のコイルユニット１を用いたワイヤレス送電装置１０１、及びワイヤレス受電装置１０２によれば、コンデンサモジュール４の各コンデンサ素子６と磁束との鎖交を抑制し、コンデンサ素子６の発熱を抑制することができる。また、平面コイル２から発生する磁界のコイル周方向のばらつきを抑制することができる。したがって、コイルの磁気的対称性を損なうことによる影響を低減することができるため、電力伝送効率の更なる向上が可能である。

したがって、本実施形態のコイルユニット１を用いたワイヤレス電力伝送システム１００では、ワイヤレス送電装置１０１及びワイヤレス受電装置１０２においてコイルから発生する磁束の、コイル周方向のばらつきが抑制されており、ワイヤレス送電装置１０１とワイヤレス受電装置１０２との間で位置ずれが生じた場合であっても、位置ずれの方向に応じてコイルの特性が変化するようなことがない。したがって、ワイヤレス送電装置１０１とワイヤレス受電装置１０２との間で、ワイヤレス電力伝送を安定して行うことが可能である。

なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、上述した実施形態のコイルユニット１において、平面コイル２に代えて、導線が渦巻状に巻回された巻線部を含むコイルを適用してもよい。また、コイルの第１及び第２の配線部２ｂ，２ｃは、巻線部２ａの導線を引き出したものであってもよい。

また、上述した実施形態のコイルユニット１では、コンデンサモジュール４が素子領域６０を１つ有する構成を一例として説明したが、これに限定されない。例えば、図７に示すように、コンデンサモジュール２４が素子領域２６を２以上有するコイルユニット２１としてもよい。

また、上述した実施形態のコイルユニット１では、素子領域６０が、コンデンサモジュール４の第１の主面４ａ上に設けられた構成を一例として説明したが、これに限定されない。例えば、上述した実施形態のコイルユニット１において、第２の主面２ｂ上に素子領域６０を設ける構成としてもよいし、両方の主面上にそれぞれ１以上の素子領域６０を１以上設ける構成としてもよい。

また、上述した実施形態のコイルユニット１では、平面視した際に巻線部２ａの１つの直線領域２Ａと重なる領域に１つの素子領域６０を設ける構成を一例として説明したが、これに限定されない。例えば、図８に示すように、コンデンサモジュール３４が、直線領域２Ａと曲線領域２Ｂとに平面視で重なる範囲内となるような素子領域３６を有するコイルユニット３１としてもよい。

１，２１，３１…コイルユニット、２…平面コイル（コイル）、２ａ…巻線部（導体が渦巻状に設けられている部分）、２ｂ…第１の配線部、２ｃ…第２の配線部、３…磁性体、４，２４，３４…コンデンサモジュール、５…基板、５ａ…第１の主面、５ｂ…第２の主面、６…コンデンサ素子、７ａ…第１の接続端子、７ｂ…第２の接続端子、２６，３６，６０…素子領域、１００…ワイヤレス電力伝送システム、２００…ワイヤレス送電装置、２０１…変換回路、２０２…送電回路、２０３…送電コイルユニット、３００…ワイヤレス受電装置、３０１…受電コイルユニット、３０３…整流平滑回路、Ｌ１…送電コイル、Ｌ２…受電コイル、Ｃ１…送電側コンデンサ、Ｃ２…受電側コンデンサ、ＥＶ…電気自動車、Ｖload…負荷

Claims (9)

1. 導体が渦巻状に設けられたコイルと、
   前記コイルに接続されて共振回路を構成するコンデンサモジュールと、
   前記コイルと前記コンデンサモジュールとの間に設けられた磁性体と、を備え、
   前記コンデンサモジュールは、厚み方向において互いに対向する第１の主面と第２の主面とを有する基板と、
   前記基板の前記第１の主面と前記第２の主面とのうち、少なくともいずれか一方の主面上に実装される複数のコンデンサ素子と、
   前記基板を平面視した際、複数の前記コンデンサ素子が実装された素子領域の外側に設けられた第１の接続端子と、
   前記基板を平面視した際、前記素子領域の外側に、前記素子領域を挟んで前記第１の接続端子と対向するように設けられた第２の接続端子と、を有し、
   前記第１の接続端子と前記第２の接続端子とのうち、いずれか一方の接続端子が平面視で前記コイルの導体が渦巻状に設けられている部分の内側に設けられ、前記コイルの導体が渦巻状に設けられている部分の一端側から内側に向かって延長された第１の配線部と電気的に接続されるとともに、いずれか他方の接続端子が平面視で前記コイルの導体が渦巻状に設けられている部分の外側に設けられ、前記コイルの導体が渦巻状に設けられている部分の他端側から外側に向かって延長された第２の配線部と電気的に接続されており、
   前記第１の接続端子と前記第２の接続端子とを結ぶ方向と、前記コイルの導体が渦巻状に設けられている部分において前記導体が延在する方向とが直交するとともに、
   前記素子領域が、少なくとも前記コイルの導体が渦巻状に設けられている部分と平面視で重なる範囲内に設けられる、コイルユニット。
2. 前記磁性体は、少なくとも前記コイルの導体が渦巻状に設けられている部分と平面視で重なる範囲よりも大きい面積を有する、請求項１に記載のコイルユニット。
3. 前記コイルの導体が渦巻状に設けられている部分が、前記導体が直線状に延在する２以上の直線領域と、前記導体が円弧状に延在するとともに前記直線領域同士の間に設けられる２以上の曲線領域と、から構成される、請求項１又は２に記載のコイルユニット。
4. 前記素子領域が、少なくとも前記コイルの導体が渦巻状に設けられている部分の前記直線領域と平面視で重なる範囲内に設けられる、請求項３に記載のコイルユニット。
5. 前記コンデンサモジュールが、２以上の前記素子領域を有する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のコイルユニット。
6. 前記素子領域が、前記直線領域と前記曲線領域とに、平面視で重なる範囲内に設けられる、請求項３乃至５のいずれか一項に記載のコイルユニット。
7. 電力をワイヤレスで送電するワイヤレス送電装置であって、
   請求項１〜６のいずれか一項に記載のコイルユニットを備える、ワイヤレス送電装置。
8. 電力をワイヤレスで受電するワイヤレス受電装置であって、
   請求項１〜６のいずれか一項に記載のコイルユニットを備える、ワイヤレス受電装置。
9. ワイヤレス送電装置からワイヤレス受電装置に向けて電力をワイヤレスで伝送するワイヤレス電力伝送システムであって、
   前記ワイヤレス送電装置と前記ワイヤレス受電装置との少なくとも一方は、請求項１〜６のいずれか一項に記載のコイルユニットを備える、ワイヤレス電力伝送システム。

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