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ワイヤレス電力伝送コイルユニット

国内特許コード P190015923
整理番号 N18032
掲載日 2019年3月25日
出願番号 特願2018-172049
公開番号 特開2020-047614
出願日 平成30年9月14日(2018.9.14)
公開日 令和2年3月26日(2020.3.26)
発明者
  • 水野勉
  • 卜穎剛
出願人
  • 国立大学法人信州大学
発明の名称 ワイヤレス電力伝送コイルユニット
発明の概要 【課題】安価な平板スパイラルコイルを使いしかも表皮効果や近接効果による電力ロスの少ないワイヤレス電力伝送コイルユニットを提供する。
【解決手段】本発明は、スパイラル状に巻回された平板状のコイル2とコイル2に対向して設けられた磁気シールド1とを備えたワイヤレス電力伝送コイルユニットであって、コイル2の中周部に位置する任意の巻線のコイル導体とこれに隣接する巻線のコイル導体との間隙が、コイル内周側または外周側に位置する任意の巻線のコイル導体とこれに隣接する巻線のコイル導体との間隙よりも狭い。
【選択図】図3
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において、装置の薄型化に対応してスパイラル状(らせん状)の断面矩形の平面コイルが用いることが従来検討されている。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)。このように伝送コイルユニットは、平面コイルと磁気シールドの組合せで構成される。

一般的に、伝送コイルユニットにおいて、コイルに通電した際、コイル断面を囲むように磁力線が発生する。また磁力線は、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力線も集中する。

特に特許文献1に示されたコイルは、断面矩形が平面であるため高周波表皮厚さが薄く、その薄い部分に上記の電流が集中して流れる。このため銅損が発生して交流抵抗が高くなり、その結果電力伝送効率が低下する。磁束を外に出さない単体のコイルあるいはインダクタでは、鎖交する渡り磁束密度に応じて、コイル内周と外周のコイル導体の幅を細く、中周の導体の幅を太くすることで、銅損の発生を極力抑えているものがある(特許文献3)。しかし、このような構成のコイルをワイヤレス電力伝送に用いる場合、対面して置かれる磁気シールドの影響を考慮する必要がある。

このような問題に対して、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3)。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り、上記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。

産業上の利用分野

本開示は、非接触で電力を伝送できる非接触給電用のワイヤレス電力伝送コイルユニットに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
スパイラル状に巻回された平板状のコイルと前記コイルに対向して設けられた磁気シールドとを備えたワイヤレス電力伝送コイルユニットであって、
前記コイルの中周部に位置する任意の巻線のコイル導体とこれに隣接する巻線のコイル導体との間隙が、コイル内周側または外周側に位置する任意の巻線のコイル導体とこれに隣接する巻線のコイル導体との間隙よりも狭いことを特徴とするワイヤレス電力伝送コイルユニット。

【請求項2】
少なくともコイル内周部および外周部に位置する任意の巻線のコイル導体とこれらにそれぞれ隣接する巻線のコイル導体との間隙に磁性体が設けられたことを特徴とする請求項1に記載のワイヤレス電力伝送コイルユニット。

【請求項3】
前記コイルの前記磁気シールドと対向する側の面の全面に磁性体が設けられたことを特徴とする請求項2に記載のワイヤレス電力伝送コイルユニット。

【請求項4】
前記コイルの間隙部の磁性体は前記磁気シールドと対向するのと反対の側に前記コイルより突出して設けられたことを特徴とする請求項2または請求項3に記載のワイヤレス電力伝送コイルユニット。

【請求項5】
前記コイルの前記磁気シールドと対向するのと反対の側の面の一部に磁性体が設けられたことを特徴とする請求項4に記載のワイヤレス電力伝送コイルユニット。

【請求項6】
前記コイル内周部の任意の巻線のコイルにおいては内周側に、スパイラル外周部の任意の巻線のコイルにおいては外周側に、それぞれ偏在させて磁性体が設けられたことを特徴とする、請求項5に記載のワイヤレス電力伝送コイルユニット。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2018172049thum.jpg
出願権利状態 公開
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