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非接触給電用伝送コイル部品およびその製造方法ならびに非接触給電装置

国内特許コード P170014769
整理番号 N17037,S2018-0079-N0
掲載日 2017年12月25日
出願番号 特願2017-204373
公開番号 特開2019-079870
出願日 平成29年10月23日(2017.10.23)
公開日 令和元年5月23日(2019.5.23)
発明者
  • 卜 穎剛
  • 水野 勉
出願人
  • 国立大学法人信州大学
発明の名称 非接触給電用伝送コイル部品およびその製造方法ならびに非接触給電装置
発明の概要 【課題】本発明は、コイルの表皮効果や近接効果による高周波損失を低減し、交流抵抗の増大を抑制して、低コストで製造可能な非接触給電用の伝送コイル部品を提供することを目的とする。さらにこの伝送コイル部品を用いた高伝送効率の非接触給電装置を提供することを目的とする。
【解決手段】非接触給電用伝送コイル部品は、渦巻状に巻回されたコイルと前記コイルのコイル面に対向するように配置された磁気シールドとを備えた非接触給電用伝送コイル部品であって、各巻のコイル導体の巻回方向のコイル断面形状が、前記コイルに通電した際に発生する磁束線の流れに沿う形状部分を有する。
【選択図】図2
従来技術、競合技術の概要

近年、電気自動車やハイブリッド型自動車などの車両のバッテリーの充電に対して、電磁誘導方式のワイヤレス給電装置の使用が検討されている。ワイヤレス給電装置では、送電コイルに高周波の交流電流(概ね数10kHz~200kHz)を通電し、送電コイルから発生する高周波磁界を受電コイルが受け取ることで、非接触で電力送電する。

このような非接触給電装置では、装置の薄型化に対応して渦巻状(スパイラル状)の断面矩形の平面コイルが用いられる。また高周波磁界によって周囲の金属製部品に渦電流が発生し異常発熱が起きることを回避するため、フェライト等からなる磁気シールドをコイル近傍に配置している(例えば、特許文献1)。伝送コイル部品は、平面コイルと磁気シールドの組合せで構成される。

伝送コイル部品において、コイルに通電した際、コイル断面を囲むように磁束線が発生する。磁束線は、磁気シールドの透磁率が高いため、磁気シールドの表面から垂直に流れるよう分布する。またコイルは複数の導体(コイル導体)が回巻されており、コイル導体同士が互いに近接している。このため、コイルには、自身を流れる電流による表皮効果と近接するコイル導体に生じる渦電流による近接効果の両方が存在する。したがって、各コイル導体を流れる電流は、導体内部で偏ったものとなっており、特にコイルの内周部でコイル導体内の内周側に、外周部でコイル導体内の外周側に偏ったものとなって、それらの部分で電流が集中し磁束線も集中している。

しかながら、従来のコイルは断面矩形の平面コイルであるため高周波表皮厚さが薄く、上記の電流が集中して流れる部分のコイル導体の断面積が小さい。このため交流抵抗が増大して、電力伝送効率の低下が問題となっている。

これに対して、コイルの巻線として多数の絶縁素線をより合わせたリッツ線を使用することが知られている(例えば、特許文献2)。リッツ線は、細い素線(例えば線径0.1mm以下のエナメル線)を数多く(例えば500本以上)より合わせた線である。表皮効果や近接効果による高周波損失を抑制することができる。しかしながら、素線が細く本数の多いリッツ線は、製造コストが高いという問題があった。

産業上の利用分野

本発明は、非接触で電力を伝送できる非接触給電用の伝送コイル部品およびその製造方法に関する。さらにはそれを用いた非接触給電装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
渦巻状に巻回されたコイルと前記コイルのコイル面に対向するように配置された磁気シールドとを備えた非接触給電用伝送コイル部品であって、
各巻のコイル導体の巻回方向のコイル断面形状が、前記コイルに通電した際に発生する磁束線の流れに沿う形状部分を有する
ことを特徴とする非接触給電用伝送コイル部品。

【請求項2】
前記コイル断面形状が矩形形状であって、
前記矩形形状の長手方向が、前記コイルの内周部と外周部において前記磁気シールドの磁気シールド面に略垂直であり、前記内周部と外周部の間の中央部において前記磁気シールド面に略平行であって、かつ、
前記磁気シールド面に対する前記矩形形状の長手方向の角度が、前記内周部と前記中央部の間および前記中央部と前記外周部の間で、段階的に変化している
ことを特徴とする請求項1記載の非接触給電用伝送コイル部品。

【請求項3】
前記コイル断面形状がコの字形状であって、
前記コの字形状の凹部が前記磁気シールド面に対向している
ことを特徴とする請求項1記載の非接触給電用伝送コイル部品。

【請求項4】
前記コの字形状の上面幅に対する側面長の比が、前記コイルの内周部と外周部において最大であり、前記内周部と外周部の間の中央部において最小であって、かつ、
前記比が、前記内周部と前記中央部の間および前記中央部と前記外周部の間で、段階的に変化している
ことを特徴とする請求項3記載の非接触給電用伝送コイル部品。

【請求項5】
前記コイル断面形状の、少なくとも前記磁気シールド面に対向している面と反対側の表面および側面に磁性層が形成されている
ことを特徴とする請求項1~4のいずれか1項記載の非接触給電用伝送コイル部品。

【請求項6】
金属平板をレーザ加工またはプレス加工によって渦巻状に溝切り加工する工程と、
溝切り加工された前記金属平板をプレス加工によって変形させる工程を含む
ことを特徴とする請求項1~4のいずれか1項記載の非接触給電用伝送コイル部品の製造方法。

【請求項7】
請求項6において、
さらに、溝切り加工された前記金属平板の表面に磁性層を形成する工程を含む
ことを特徴とする請求項5記載の非接触給電用伝送コイル部品の製造方法。

【請求項8】
請求項1~5のいずれか1項記載の非接触給電用伝送コイル部品を、送電コイルとしてまたは送電コイルおよび受電コイルとして用いることを特徴とする非接触給電装置。
国際特許分類(IPC)
画像

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出願権利状態 公開
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