CN101785073A - 电力传送装置、电力传送装置的送电装置和受电装置、以及电力传送装置的操作方法 - Google Patents

Abstract

电力传送装置(100)，由用于将直流电转换成交流电的电力转换机构、至少含有送电线圈(1)的送电部(30)、负载(RL)、至少含有受电线圈(2)的受电部(40)构成，使送电线圈(1)和受电线圈(2)相对向以将电力从送电部传送到受电部。对于该相对向的线圈，在将其中一个线圈单体的有效串联电阻取为Rw(Ω)，将与该线圈相对向的另一个线圈短路时的线圈的有效串联电阻取为Rs(Ω)，上述前者线圈在满足Rs＞Rw的最高频取为f1(Hz)时，利用送电部(30)的电力转换机构，将交流电源(Va)的输出频率fa设定为小于f1的频率。

Description

电力传送装置、电力传送装置的送电装置和受电装置、以及电力传送装置的操作方法

技术领域

本发明涉及由可分离送电部和受电部构成，利用送电部的送电线圈和受电部受电线圈之间产生的相互感应作用传送电力的电力传送装置、电力传送装置的送电装置和受电装置、以及电力传送装置的操作方法。

背景技术

送电线圈和受电线圈可分离的电力传送装置，在不进行电力传送时两线圈间隔开一定的距离，呈分离状态。如本申请的图36所示，在电力传送时，送电线圈1和受电线圈2相对向配置。送电控制电路3流过来的交流电流向送电线圈1时，由于相互感应作用而在受电线圈2上感应起电，上述起电产生的交流电流通过受电控制电路4流过电荷，进行电力传送。

送电线圈1或受电线圈2将本申请的图37A的平面图示出的导体1x卷曲成涡卷状，如本申请图37B那样的沿着图37A线6B-6B的截面图所示，通过间隔β相对向配置。将导体1x卷曲成涡卷状的2个线圈，如本申请图37(B)所示相对向配置，这等于说使两个线圈感应结合一个意思，所以，“对向”这样的表述即表示两线圈呈感应结合状态。

在本申请的图37(B)中，送电线圈1和受电线圈2使用同一线圈。在下面引用的现有技术例中，表示感应结合的相对状态即是由于送电线圈1和受电线圈2采用同一线圈的缘故。当然，送电线圈1和受电线圈2也可以采用不同的线圈。下面，包括现有技术例在内，在单纯表述为“线圈”时，表示的是送电线圈1或受电线圈2、或者两者线圈的意思。

使用具有上述结构的线圈的电力传送装置在特开平JP8-148360号公报中即有记载。在该特开平JP8-148360号公报中，作为比较例1，记载了一种呈轮形的平面涡卷型线圈。即，该线圈中，将施加了直径为100μm的绝缘被覆层的铜线以100根为单位卷成5匝，作成外径30mm，内径15mm，厚度1.5mm的线圈，其中，不装入磁性材料。使它们相对向与电源连接的一侧作为1次侧(输入侧)，将电磁感应产生输出的一侧作为2次侧(输出侧)。

另外，在特开平JP8-148360号公报的实施例中，记载了电力传送频率为100kHz的实测数据，并记载了电力传送频率不限于100kHz。即，在特开平JP8-148360号公报的第0040段中，记载了任意选择电力传送频率的内容。

在特开平JP4-122007号公报中记载了具有这种结构的线圈的另外的例子。在该特开平JP4-122007号公报中，作为比较例1，记载了一种平面涡卷型线圈，将直径为1mm的漆包铜线卷成25匝，作成外径为80mm、内径为24mm的线圈，其中没有设置磁芯部。使它们相对向与电源连接的一侧作为1次侧(输入侧)，将电磁感应产生输出的一侧作为2次侧(输出侧)。

在实开平JP6-29117号公报中，记载了一种由导体卷曲构成的线圈，由于涡流损失和表观效果，由于频率上升，构成线圈的导体的交流电阻增大。并且记载了此问题的回避方法，将多根单导线形成为扁平缆线状以形成线圈的导线，并记载了与使用其他的线材卷曲成的线圈进行比较的交流电阻的频率特性。

在本申请中，一开始通过引用文献进行了说明，由于所使用的术语不同，所以首先对用语进行说明。本申请图36中含有送电控制电路3、送电线圈1的部分记为送电侧、1次侧、输入侧等，将送电用线圈1表述为送电线圈、送电用线圈、1次线圈、1次侧线圈等。另外，本申请图36中含有受电控制电路4、受电线圈2的部分表述为受电侧、2次侧、输出侧等，将受电用线圈2表述为受电线圈、受电用线圈、2次线圈、2次侧线圈等。

送电部、受电部可分离的电力传送装置能够不用电线或机械接点而将电力传送到机器中。电气机械或电子机械运行所需要的电力能够不采用电线或机械接点进行电力传送，由此可以有各种各样的应用用途，具有很好的优点。但是，在现有技术的技术中，利用相互感应作用传送电力的电力传送线圈的结构和特性以及作用效果却不很明确。因此，对于涉及送电用线圈、受电用线圈可分离的电力传送装置、和电力传送装置的线圈的现有技术例来说，存在对其进行研究探讨的地方。

首先，在特开平JP8-148360号公报中，记载了电力传送频率可以任意选择的内容。其中，电力传送机构为变成器(变压器)。尽管1次线圈和2次线圈不能分离，但是，对于设计用作50Hz～60Hz的商用电源用变压器而言，明确不能使用于所有频率，例如5Hz或10kHz。即，电力传送机构即变成器存在可使用频率下限和上限。但是，目前还没有针对电力传送线圈可使用频率范围进行研究的现有技术。

另外，对于1次线圈和2次线圈不能分离的变压器，两线圈间的结合系数基本上为1的紧密结合状态。另一方面，对于1次线圈和2次线圈可分离的变成器，两线圈间的结合系数最大也不超过0.9左右的疏结合状态。因此，在特开平JP8-148360号公报、特开平JP4-122007号公报中作为实施例记载的线圈中，在卷曲成平面涡卷状线圈中装入了磁性材料，以确保两线圈间的结合系数。换言之，对于在特开平JP8-148360号公报、特开平JP4-122007号公报中记载的线圈，均见记载有比较例，并均可见，在采用空芯的平面涡卷型线圈的场合中，不装入磁性材料不能实现性能提高。

然而，平面涡卷状线圈的好处在于其形状，具体的，被装入机械侧受电线圈如果不采用薄的形状则在安装上存在问题。尤其，对于内置2块电池的小型便携器械等而言，受到空间制约，要求线圈体积尽量小。为提高电力传送性能，如特开平JP8-148360号公报所记载，必须将磁性材料构成的板材装备在线圈的相对面的相反侧。但是，此时，线圈体积增大，存在内置于器械变困难这样的问题。

基于此，在特开平JP8-148360号公报的权利要求8中规定磁性材料的厚度为0.1mm～5mm。如果不将这种磁性材料装入送电线圈、受电线圈的至少其中一方线圈中，则不能改善电力传送性能。此以磁性材料厚度最大值5mm为依据，也记载于特开平JP8-148360号公报的第0019段。然而，线圈整体厚度如果超过5mm，则存在不能装入便携电话等小型器械中等这样的问题。

在特开平JP8-148360号公报、特开平JP4-122007号公报中，均将比较例和实施例进行了对比，并记载了对于空芯平面涡卷状线圈不能有效传送电力的内容。但是，其理由并没有明确记载。

所以，在这里对特开平JP8-148360号公报中针对比较例1举出的空芯线圈相关公开数据进行探讨。首先，本申请发明者作成与特开平JP8-148360号公报公开的线圈相同的线圈，对上述线圈的特性进行测量。对于特开平JP8-148360号公报中作为比较例记载的线圈，捆束100根直径100μm的绝缘被覆铜线，将1.5mm厚导线卷线成5匝。这样，自身电感为约0.8μH之小，由于线圈形状而导致的互感也变小。因此，功率因数降低，表观电力、无效电力增大。另外，因为线径比较宽，匝数少，所以，对于特开平JP8-148360号公报第0051段记载的频率100kHz，存在线圈有效串联电阻才不过17mΩ之小这样的问题。

本申请图38为特开平JP8-148360号公报所记载的比较例1中线圈采用送电线圈1和受电线圈2时的等价电路图。如本申请图38所示，用2个上述线圈构成由送电线圈1和受电线圈2构成的变成器。此时，对于频率100kHz，在负载电阻RL为10Ω时的从交流电源V侧所见的1次侧线圈的阻抗Z，Z＝约0.6Ω这样的非常小的值。本申请图38中，R3示出的交流电源V的内部电阻通常为0.5Ω～数十Ω。因此，如果上述1次侧线圈连接交流电源V，则交流电源V将近乎短路的状态。因此，交流电源V的内部电阻R3消耗相当大的电力，不但不能有效传送电力，而且可传送的电力值变少。

而且，在特开平JP8-148360号公报中记载的线圈中，通过在线圈相对面相反侧装入磁性材料，从而确保自身电感，将线圈相对向时的磁力线封闭，试图增加结合系数。因此，作为线圈来讲，并非最合适。

下面对特开平JP4-122007号公报公开的数据进行探讨。在特开平JP4-122007号公报中记载的比较例1中，如果根据特开平JP4-122007号公报的第7图进行粗略计算，则在线圈的相对距离g＝5mm、频率f＝50kHz、2次侧负载电流I2＝约0.5A时，可以以传送效率η＝约65％，传送2次侧电力P2＝20W的电力。

然而，该实测结果是难以达到的。在特开平JP4-122007号公报中，1次侧、2次侧采用同一线圈。在作为变成器的场合，线圈比为1∶1，所以，2次侧的电压必定在1次侧电压以下。如果从上述实测条件计算，2次侧的电压值V2满足V2＝20W/0.5A＝40V，在特开平JP4-122007号公报的第7图中明确记载，如果V1＝29V，则施加于1次侧线圈的电压为29V。即，不具有升压作用的线圈比为1∶1的变成器输入电压V1＝29V，呈现出的是输出电压V2＝40V的升压效果，其实测结果是这样。这不仅是比较例1，即使是在实施例1中，也可见到上述第7图的2次电流I2为约0.5A的地方，得到同样的实测结果。在特开平JP4-122007号公报中存在这些疑点。

和上述特开平JP4-122007号公报理论上的疑问点不同，在特开平JP4-122007号公报中公开的比较例1的线圈中说明了空芯导致性能变差的理由。如实开平JP6-29117号公报第0002段记载，涡流损失和表观效果导致随着频率的上升，线圈有效串联电阻增加。该特性已知随着单导线线径越粗受到的影响越显著。本申请发明者尝试追加实验，尝试制作和特开平JP4-122007号公报比较例1记载的线圈基本相同的线圈。结果可见，在频率为50kHz时，线圈有效串联电阻为线圈直流电阻约0.08Ω的约3倍多，为0.266Ω。

在本申请的图38中，用交流电源V示出了本申请图36的送电控制电路3，R3为交流电源V的内部电阻。R1为送电线圈1的有效串联电阻。R2为受电线圈2的有效串联电阻。RL为与受电控制电路4连接的负载电阻。

对于1次侧和2次侧线圈的双方而言，如果使用特开平JP4-122007号公报的比较例1记载的线圈，则如本申请图38所示，有效串联电阻R1与交流电源V串联连接。并且，通过有效串联电阻R2与负载电阻RL串联连接，至少在R1、R2这2个地方产生电力损失。为了回避这个问题，只有降低频率，降低上述表观效果、涡流损失的影响。但是，如果降低频率，则线圈的电抗减少。因此，送电线圈的阻抗Z减小，将会向送电线圈1中加载过大的表观电力。而且，由于上述表观电力而导致的过大电流流过送电线圈1，在有效串联电阻R1和交流电源的内部电阻R3中产生电力损失。为此，在特开平JP4-122007号公报的实施例中，装入了磁性材料，以确保线圈的电感和电抗，降低表观电力。对于使用空芯线圈而言，必须使用能够保证电抗，能够高频下运行的线圈。即，最好使用高频低有效串联电阻R1的线圈。

在特开平JP4-122007号公报中记载的线圈也属于如上所述不适用空芯的结构。

在实开平JP6-29117号公报中，通过使用将单导线形成为扁平缆线状导线构成线圈，能够缓解由于频率上升导致的有效串联电阻增大的问题。另外，在实开平JP6-29117号公报第0013段、表1中，记载了采用扁平缆线的线圈和其他线材的线圈的50Hz和100kHz的有效串联电阻的内容。

并且，在实开平JP6-29117号公报中，对比示出随着频率上升有效串联电阻的增加率的情况而非电阻值，而有效串联电阻的实际数值则不明确。而且，不光是实开平JP6-29117号公报，在本申请引用的专利文献中，没有文献提及线圈重要特性即电感的问题。即，没有提及有效串联电阻的频率特性的改善率在不高于电感减少率时，能够具有良好性能的线圈。

在特开平JP8-148360号公报、特开平JP4-122007号公报中，和实开平JP6-29117号公报相反，通过在线圈中装入透磁率高的磁性材料，以比由于频率上升而导致的有效串联电阻增加率还高的增加率使电感增加，使用了提升线圈Q值的手段。

另外，参照实开平JP6-29117号公报的第0013段的表1，记载了在现有技术例和实施例比较中导体截面积、线圈外部尺寸、匝数等。但是，由于导体的总延长不明确，所以不能看出有效串联电阻的实际数值。进一步，在实开平JP6-29117号公报的第0020、0021段、图3中，尽管公开的线圈为将扁平缆线卷曲成平板涡卷状线圈，但是，针对图3的线圈，就与采用其他线材构成平板涡卷状线圈的性能比较和作用效果而言却没有任何记载。另外，对于可使用图3线圈进行电力传送的情况也毫无记载。

换言之，为了得到电力传送性能好的线圈，为了能够确保自身电感、互感(结合系数)，并且避免由于有效串联电阻导致的电力损失所产生的线圈的发热问题，需要选择合适结构的线圈。并且，必须进行线圈特性规定以确定线圈工作条件，仅仅靠改善线圈的有效串联电阻的频率特性是不够的。

如上所述，对于将导线卷曲成平板单层涡卷状的空芯电力传送线圈，现有技术已然定性，其电力传送性能很差。因此，通过装入磁性材料等以实现电力传送性能的提高。并且，在现有技术中，并不存在将决定电力传送性能的1个重要原因即上述电力传送线圈有效串联电阻和频率的关系、和上述电力传送线圈的结构一起来考虑的技术方案。即，在现有技术中，不存在能够合适地用在电力传送装置中的卷曲成单层涡卷状的电力传送线圈。另外，也没有规定卷曲成单层涡卷状电力传送线圈的工作条件。因此，不能得到电力传送性能高的电力传送装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够提高电力传送性能的电力传送装置、电力传送装置的送电装置和受电装置、以及电力传送装置的操作方法。

该发明电力传送装置，送电部和受电部可分离，由至少含有用于输送交流电的送电线圈的送电部、负载RL、和至少含有受电线圈的受电部构成，送电线圈和受电线圈相对向，将电力从送电部传送到受电部。电力传送装置其特征在于，在相对向的线圈内，其中一方的线圈单体的有效串联电阻记为Rw(Ω)，将与该线圈相对向的另一线圈短路时的前者线圈的有效串联电阻记为Rs(Ω)，前者线圈在满足Rs＞Rw时最高频率记为f1(Hz)时，以使f1大于100kHz的方式，选择前者线圈和后者线圈，将驱动前者线圈的频率设定为小于f1的频率。

该发明中，通过使用f1大于100kHz的的线圈，将驱动前者线圈的频率设定为小于f1的频率，从而相比现有技术能够提高电力传送性能。

更具体地，含有将直流电转换成交流电的电力转换机构，在将电力转换机构的输出频率取为fa(Hz)时，设定fa为小于f1的频率。

这样，相比现有技术可以提高电力传送性能。

优选地，在开放与其中一个线圈相对向的另一线圈时，将前者线圈有效串联电阻记为Rn(Ω)，将满足Rs＞Rn≥Rw的最高频率记为f2(Hz)时，将输出频率fa设定为小于f2的频率。在该例中，在传送电力的频率范围内，通过满足Rs＞Rn≥Rw，从而能够进一步选择有效串联电阻Rw小的线圈，并且能够限定电力传送最佳频率范围。

另外，通过使用在传送电力的频率中，满足Rs＞Rn≥Rw条件的线圈，从而使得线圈单体、与线圈相对向的变成器均与理想理论特性很相近，相比现有技术能够提高电力传送性能。

优选地，在将其中一方的线圈的热电阻取为θi(℃/W)、该线圈的允许工作温度取为Tw(℃)，该线圈设置场所周围温度取为Ta(℃)，进行电力传送时，在流过该线圈的交流电流为Ia(A)时，对于fa，该线圈满足Rw≤(Tw-Ta)/(Ia²×θi)的关系，从而将电力从送电部传送到受电部。

这样，通过规定有效串联电阻Rw和交流电流Ia的热条件，能够限定出至少其中一方线圈的交流电流Ia的上限、或者决定该该线圈有效串联电阻Rw的匝数的上限、以及有效串联电阻Rw很小的频率区域。

在优选实施形态中，在相对向的线圈内，形成至少一方的线圈的导线为进行绝缘被覆的单导线，至少一方线圈是通过将单导线密接卷曲成单层或多层涡卷状而构成，单导线的导体单体的最大径为d1、至少一方的线圈的外径为D时，至少一方的线圈外径D为最大径d1的至少25倍以上，并且导线的卷数为规定匝数以上，至少一方的线圈的自身电感至少为2μH以上。

通过这样在导线上进行绝缘被覆，从而能够防止导线的氧化，防止邻接导线间的短路。另外，通过规定线圈直径D和匝数，不但能够确保必要的自身的电感，而且能够确保两线圈间的规定相对距离所需要的结合系数。

在其他的优选的例子中，对于相对向的线圈，至少一方线圈含多根导线，各导线通过在选择最大径为0.3mm以下的多根裸单导线的集合体上进行绝缘被覆而形成，至少一方线圈通过将在多根裸单导线的集合体上进行绝缘被覆之后的导线，密接卷曲成单层或多层涡卷状而结构，在多根裸单导线的集合体的最大径为d2，至少一方的线圈外径为D时，至少一方的线圈外径D为最大径d2的至少25倍以上，并且导线的卷数为规定匝数以上，至少一方的线圈的自身电感至少为2μH以上。

在该发明中，不但能够达成和上述发明同样的作用效果，而且，由于贯通导体的磁力线，涡流损失按照导体的体积成比例增加，所以，通过将0.3mm以下的裸单导线的集合体作为形成至少一方线圈的导线，增加导体的表面积，从而能够抑制由于涡流损失和表观效果而导致的有效串联电阻Rw的增加。

在另一优选实施形态中，对于相对向的线圈，对在形成至少一方线圈的导线，在导线内部设置绝缘体层，绝缘体层的截面积为导线整体截面积的11％以上，至少一方的线圈通过将设置有绝缘体层的导线密接卷曲成单层或多层涡卷状而构成，设置有绝缘体层的导线最大径d3在至少一方的线圈外径记为D时，至少一方的线圈外径D为最大径d3的至少25倍以上，并且导线的卷数为规定匝数以上，至少一方的线圈的自身电感至少为2μH以上。

在该例中，不但能够达到和上述发明同样的作用效果，而且，由于贯通导体的磁力线，涡流损失按照导体的体积成比例增加，所以，通过在构成线圈的导线内部设置绝缘体，减少贯通导线的磁力线路径所经过的导体体积，增加导体的表面积，从而能够抑制由于涡流损失和表观效果而导致的有效串联电阻Rw的增加。绝缘材料不但用于在导线内部设置绝缘层，而且使得导线具有挠性，使得导线易于弯曲加工。

在优选的还一实施形态中，导线分别由进行绝缘被覆的多根单导线的集合体构成，并且，在单导线中的导体的最大径为d4时，d4为0.3mm以下，绝缘被覆的厚度t选择为(d4)/30以上。

在该例中，不但能够达成和上述发明同样的作用效果，而且，由于贯通导体的磁力线，涡流损失按照导体的体积成比例增加，所以，通过将0.3mm以下的裸单导线的集合体作为形成至少一方线圈的导线，增加导体的表面积，从而能够抑制由于涡流损失和表观效果而导致的有效串联电阻Rw的增加。

该结构的线圈分别由进行了绝缘被覆的多根单导线的集合体构成，通过在与各单导线邻接的其他单导线之间进行绝缘被覆，从而设置空隙，各单导线中流过的电流产生的磁力线密度为1/单导线的数量，因为各单导线的体积很小，所以可以降低涡流损失。不言而喻，能够降低表观效果的影响。

具体的，相对向的线圈中，至少一方线圈构成为将导线卷曲成平面单层涡卷状，在导线的最大径d为0.4mm以上时，在邻接导线的导体之间，设置0.2mm以上空隙，在导线的最大径d为0.4mm以下时，在邻接导线的导体之间，设置d/2mm以上空隙。

在没有设置空隙的场合，各导线产生的磁力线整个贯通邻接导线，由于贯通磁力线邻接的导线而产生的涡流损失，频率上升时，尽管有效串联电阻Rw增加，但是，通过设置空隙，能够减少由于贯通磁力线邻接的导线而产生的涡流损失，所以，在频率上升时，也能够抑制线圈单体有效串联电阻Rw增加。

另外，对于同一外径线圈，因为卷线的总长度变短，所以能够抑制有效串联电阻降低。其中，贯通导线的磁力线的涡流损失由于按照导体的体积成比例增加，如果单导线最大径为0.2mm以上，则即使在导线间设置空隙，也未必能改善由于频率上升而导致的有效串联电阻的增加率状况。

优选的，相对向的线圈中，至少一方的线圈通过将导线卷曲为平面单层涡卷状而构成，将至少一方的线圈的最外周部的设置于邻接的各导线的各导体间的空隙的宽度记为t1，将至少一方的线圈的最内周部的设置于邻接的各导线的各导体间的空隙的宽度记为t2，如果t2＞t1＞0，随着从最外周向内周的进行，空隙的宽度增加，最内周部的设置于邻接的各导线的各导体间的空隙的宽度t2至少为0.2mm以上。

线圈生成的磁力线密度由于在外周部附近的低，在内周部的高，所以，通过在外周部密卷，在内周部疏卷，从而在线圈面上，尽量使得磁力线密度保持为一定，这样能够防止在相对向的线圈的相对位置发生变动时可传送电力降低。因为内周部磁力线密度高，所以，通过设置间隙能够防止涡流损失。

上述结构的线圈因为在宽频范围内有效串联电阻Rw很低，满足Rs＞Rn≥Rw的频率范围也很宽，所以电力传送特性很好。

进一步，至少一方线圈在导线外周部具有绝缘层，至少一方线圈最外周部的邻接的各导线的各导体间通过绝缘层密接。

设于外周部的1匝和设于内周部的1匝相比线长要长些，所以，增加线圈的电感的作用很大。因此，能够确保线圈电感。另外，如上所述，对于设于内周部的1匝，其赋予电感增加，更是磁力线密度高的内周部涡流损失增加的原因所在，因为损失增加，所以设置空隙。空隙的作用效果上面已经叙述。

进一步优选的，为防止线圈的变形，送电线圈或受电线圈至少一方线圈形成于绝缘板或绝缘材料内至少一方上。

通过在绝缘板上或者绝缘材料内的一方侧配置线圈，从而能够保护构成线圈的导线的绝缘层。如果在相对向的线圈间设置绝缘材料，则能够提高两线圈间的绝缘耐压。即使在固定使用两线圈的场合，通过在绝缘板上设置绝缘材料，能够提高两线圈间的绝缘耐压。

在优选实施形态中，电力传送装置的线圈使用作为送电线圈或受电线圈的至少一方线圈，可将送电线圈和受电线圈作为不能分离的整体来使用。

另外，还可以测量固定前送电线圈单体和受电线圈单体的特性以及测量使两线圈相对向时的特性。从一开始便设计成一体结构的两线圈尽管在实际中没有组装并且不能确认性能，但是，在本发明实施形态中，在测量特性，进行实际电力传送性能的确认之后，可以将线圈固定。因此，可以将受电线圈和受电线圈的卷线比设定为任意的比率，能够实现轻量化、薄形化、空芯的特性优良的变压器。

本发明其他的方面，提供一种含上述记载的电力传送装置的送电部的送电装置，送电部含其中一方的线圈，将输出频率fa设定为小于f1的频率，将电力送电到受电部。

在该发明中，将其中一方的线圈单体的有效串联电阻设定为Rw。在该线圈和与之短路连接的另一方线圈相对向时，将该线圈的有效串联电阻设为Rs。在满足Rs＞Rw的频率f1大于100kHz时使用线圈，以小于f1的频率驱动送电线圈。通过如此从送电部传送电力，相比现有技术，向送电部传送电力的电力传送性能可以得到提高。

本发明的还其他的方面，提供一种含上述记载的电力传送装置的受电部的受电装置，受电部含有一方线圈，从输出频率fa小于f1的频率的送电部接受电力。

在该发明中，将一方线圈单体的有效串联电阻记为Rw。在该线圈和与之短路连接的另一方线圈相对向时，将该线圈的有效串联电阻设为Rs。在满足Rs＞Rw的频率f1大于100kHz时使用线圈，受电线圈在从以小于f1的频率驱动的送电线圈中接受电力。受电部通过如此从送电部接受电力，相比现有技术，受电部电力传送性能可以得到提高。

本发明其他的方面，提供一种送电部线圈和受电部线圈相对向、从送电部向受电部传送电力的电力传送装置的操作方法，将其中一方的线圈单体的有效串联电阻设定为Rw(Ω)。在该线圈和与之相对向的另一方线圈短路连接时，将该线圈的有效串联电阻设为Rs(Ω)，将满足Rs＞Rw的最高频率记为f1(Hz)，将驱动送电线圈的频率记为fd(Hz)，在f1大于100kHz时，选择其中一方线圈和另一方线圈，将fd设定为小于f1的频率，以从送电部传送电力。

在两线圈相对向时，在其中一方线圈和与之相对向的另一方线圈短路连接时，前者线圈的有效串联电阻Rs，比该线圈单体有效串联电阻Rw大，从而对于传送电力的频率，可以选择有效串联电阻Rw小的线圈，并且，可以规定电力传送中的最适频率范围。并且，如上所述，能够确保自身电感，使得有效串联电阻Rw小的线圈具有高Q。

因此，在满足Rs＞Rw的频率f1大于100kHz时使用线圈，相比现有技术，电力传送性能可以得到提高。

优选的，在与其中一方线圈相对向的另一方线圈开放时，将前者线圈有效串联电阻记为Rn(Ω)，将满足Rs＞Rn≥Rw的最高频率记为f2(Hz)，此时，将fd设定为小于f2的频率，以使电力传送装置运行。

在该例中，对于传送电力的频率，通过满足Rs＞Rn≥Rw，可以进一步选择选择有效串联电阻Rw小的线圈，并且，可以规定电力传送中的最适频率范围。

另外，对于传送电力的频率，通过使用满足Rs＞Rn≥Rw的线圈，从而使得线圈单体、与线圈相对向的变成器均与理想理论特性很相近，相比现有技术能够提高电力传送性能。

优选地，在将其中一方的线圈的热电阻取为θi(℃/W)、该线圈的允许工作温度取为Tw(℃)，该线圈设置场所周围温度取为Ta(℃)，进行电力传送时，在流过该线圈的交流电流为Ia(A)时，在该线圈传送电力时，对于fd，该线圈满足Rw≤(Tw-Ta)/(Ia²×θi)的关系。

在该例中，通过规定有效串联电阻Rw和交流电流Ia的热条件，能够限定出至少其中一方线圈的交流电流Ia的上限、或者决定该该线圈有效串联电阻的匝数的上限、以及有效串联电阻Rw很小的频率区域。

附图说明

图1为本发明一实施形态电力传送装置的方框图。

图2A为示出图1所示电力传送装置用作为送电线圈或受电线圈的线圈的图。

图2B为沿着图2A所示线1B-1B的截面图。

图3A为示出图2A所示线圈外形形状的变形例的图。

图3B为示出图2A所示线圈外形形状的变形例的图。

图3C为示出图2A所示线圈外形形状的变形例的图。

图3D为示出图2A所示线圈外形形状的变形例的图。

图3E为示出图2A所示线圈外形形状的变形例的图。

图4为求得变成器输入阻抗的等价电路。

图5为示出本发明一实施形态电力传送装置线圈中的线圈单体等价电路图。

图6为示出现有技术例中说明的如图36那样结构的电力传送装置的变成器部分的等价电路图。

图7为示出在2次侧线圈短路时变成器的等价电路图。

图8为示出在2次侧线圈连接负载电阻RL时变成器的等价电路图。

图9为示出将线径1mm的单导线密接卷成外径为70mm的25匝的线圈1A的Rw、Rn、Rs和负载电阻RL＝10Ω时，有效电力传送效率和频率关系的图。

图10为示出将线径0.6mm的单导线密接卷成外径为70mm的40匝的线圈1B的Rw、Rn、Rs、kr、ki和频率关系的图。

图11为示出将线径0.3mm的单导线密接卷成直径为70mm的70匝的线圈1C的Rw、Rn、Rs、线圈1C单体的相位角和频率关系的图。

图12为示出将线径0.3mm的单导线密接卷成直径为30mm的31匝的线圈1D的Rw、Rn、Rs和频率关系的图。

图13为示出将线径1mm的单导线卷成外径为70mm设置有空隙的14匝的线圈1E的Rw、Rn、Rs、kr和频率关系的图。

图14为示出将75根铜线径0.05mm的匀称单导线捆束成的绞合线密接卷成外径为70mm的30匝的线圈1F的Rw、Rn、Rs、kr、ki和频率关系的图。

图15为示出将75根铜线径0.05mm的匀称单导线捆束成的绞合线密接卷成外径为50mm的20匝的线圈1G的Rw、Rn、Rs、kr、ki和频率关系的图。

图16为示出将0.2mm、0.4mm、0.8mm、1mm匀称单导线卷成25匝呈平板状的线圈的频率和各线圈有效电阻Rw的关系的图。

图17为示出使线圈1F与如图9所示的线圈1A相对向时的Rw、Rn、Rs、和负载电阻值RL＝10Ω时的有效电力传送效率和频率的关系的图。

图18为示出图9所示密接卷曲的线圈1A和如图13所示的疏卷的线圈1E的线圈有效串联电阻Rw在增加状态的比较情况的图。

图19为示出将0.4mm匀称线以设置0、0.2mm、0.4mm的空隙宽度的方式卷成25匝形成的各线圈的Rw和频率关系的图。

图20为示出将线圈1A用作送电线圈、受电线圈，在使负载电阻值RL变化时的各电阻值和功率因数的频率特性的实测图。

图21为示出将线圈1A用作送电线圈、将线圈1F用作受电线圈，在使负载电阻值RL变化时的各电阻值和功率因数的频率特性的实测图。

图22A为示出图2A所示线圈用导线的其他例子的截面图。

图22B为示出图2A所示线圈用导线的其他例子的截面图。

图23为将导线卷取成截面为伞形的线圈的截面图。

图24A为表示图23线圈水平位置和磁场强度的图。

图24B为表示图2A线圈水平位置和磁场强度的图。

图25为将导线卷取在绝缘材料上形成的线圈的截面图。

图26A为示出该发明其他实施形态电力传送装置线圈的图。

图26B为沿着图26A的线2B-2B的截面图。

图27A为示出本发明还一实施形态电力传送装置线圈的图。

图27B为沿着图27A线3B-3B的截面图。

图28为例示出本发明还一实施形态电力传送装置的线圈用导线即裸单铜线集合体的截面图。

图29A为示出本发明还一实施形态电力传送装置线圈的图。

图29B为沿着图29A线4B-4B的截面图。

图30A为例示出图29A示出的线圈用导线即绞合线的截面的图。

图30B为图30A所示单导线截面图。

图31为绞合线的等价电路图。

图32为管状导体内填充绝缘材料的导体的截面图。

图33为在绝缘材料上进行分割形成导体的导线的截面图。

图34为在绝缘材料上进行分割形成导体，在绝缘体内部也形成导体的导线的截面图。

图35A为重叠箔状导体和绝缘材料，截面呈螺旋状，以导体和绝缘体交互存在的方式形成的导线的截面图。

图35B为重叠箔状导体和绝缘材料而卷取成的导线的截面图。

图35C为重叠箔状导体和绝缘材料卷取成截面呈螺旋状的导线的截面图。

图36为1次侧线圈和2次侧线圈可分离的电力传送装置的概略方块图。

图37A为送电线圈或受电线圈的平面图。

图37B为沿着图37A线6B-6B的截面图。

图38为图36所示的1次侧线圈和2次侧线圈可分离的电力传送装置的等价电路图。

具体实施方式

(电力传送装置的说明)

图1为本发明一实施形态电力传送装置100的方框图。图1中，电力传送装置100含作为送电装置工作的送电部30、作为受电装置工作的受电部40。送电部30含直流电源Vd、送电控制电路30a、送电线圈1。受电装置40含受电线圈2、受电控制电路40a、负载RL。送电线圈1和受电线圈2相对向配置。

送电部30和受电部40可分离。送电部30和受电部40结合的时候，送电线圈1和受电线圈2相对向配置，所以，送电线圈1和受电线圈2用作变成器。

送电部30的送电控制电路30a至少含有用于将直流电源Vd电力转换成交流电的输入电路等电力转换机构。优选利用交流正弦波，或者接近交流正弦波发的波段波等，使用交流电，以小于后述规定频率驱动送电线圈1，将电力传送到受电部40。受电部40通过受电线圈2接受从送电线圈1送来的电力。受电控制电路40a将接受的电力供给给负载RL。在受电控制电路40a中，含有将交流电转换成直流电的整流电路等。负载RL可以为白炽灯等交流电驱动的负载，也可以省略受电控制电路40a，直接将负载RL连接受电线圈2。

交流指的是与输出端子连接的线圈沿着正方向、反方向均可流过电流的方式。下面，将直流电源Vd电力转换成交流电的电力转换机构称为交流电源Va、交流电源、或Va。另外，交流电源Va的输出频率记为fa(Hz)。进一步，将送电线圈1通过交流电源Va驱动的频率记为fd(Hz)。

(电力传送装置的动作说明)

图1所示相对向的送电线圈1和受电线圈2为空芯线圈。其中，将其中一方线圈单体的有效串联电阻记为Rw(Ω)。将与该线圈相对向的另一个线圈短路时的线圈的有效串联电阻取为Rs(Ω)。本发明一实施形态电力传送装置100，在上述前者线圈在满足Rs＞Rw的最高频取为f1(Hz)时，含于送电部30的交流电源的输出频率fa设定为小于f1的频率，并将电力传送到受电部40。如果按照上述那样设定fa，送电线圈即其中一方或另一方线圈以频率fd＝fa被驱动。

另外，在开放与其中一个线圈相对向的另一线圈时，将前者线圈有效串联电阻记为Rn(Ω)，将满足Rs＞Rn≥Rw的最高频率记为f2(Hz)。电力传送装置100，将含于送电控制电路30a的交流电源Va的输出频率fa设定为小于f2的频率区域，并将电力传送到受电部40。如果按照上述那样设定fa，送电线圈即其中一方或另一方线圈以频率fd＝fa被驱动。

(线圈具体例说明)

下面对本发明实施形态中电力传送装置中使用的线圈的具体结构进行说明。下面说明的过实施形态的线圈用作电力传送装置100的送电线圈1或受电线圈2。

图2A和图2B为示出空芯线圈一例的图。图2A示出的是平面图，图2B放大示出沿着图2线1B-1B的截面。

如图2A所示，本发明一实施形态线圈1a将导线11卷曲成平板式空芯单层涡卷状，以使邻接导线11彼此密接。如图2B所示，导线11截面呈圆形，最大径虽然未做特别限定，但是优选地，例如构成为在0.2mm以上的单导线12单体上通过进行绝缘被覆13而形成的结构。作为绝缘被覆13，可以如绞合线那样的厚度很薄的层，也可以为强被覆膜或者像乙烯线那样的厚的被覆膜。

进一步，线圈1a的自身的电感至少为2μH以上。进一步，将传送电力时的频率下线圈1a单体的有效串联电阻记为Rw(Ω)，将图2A所示的2个相对向的线圈中与该线圈1a相对向的另一个线圈短路时的线圈有效串联电阻取为Rs(Ω)，将此时满足Rs＞Rw的最高频取为f1(Hz)。送电线圈一方或另一方线圈通过交流电源Va，以小于f1的频率即fd驱动。优选地，线圈1a在100kHz处满足Rs＞Rw。

将线圈外径选择为单导线12的最大径d1的25倍以上的原因在于，为确保必要的结合系数。而将导线11的匝数选择为8以上，原因在于为得到2μH以上的自身的电感。另外，不仅在该实施形态中，而且在其他实施形态中也通用，对于线圈，优选设置导线不卷曲的规定的内径。内径如果满足外径D的规定，则可以为任意的尺寸。

进一步，对于传送电力的频率下的、在开放相对向的一方线圈时，将另一方线圈有效串联电阻记为Rn(Ω)，将此时满足Rs＞Rn≥Rw的最高频率记为f2(Hz)。送电线圈一方或另一方线圈通过交流电源Va，以小于f2的频率即fd驱动。

进一步，在将线圈1a的热电阻取为θi(℃/W)、该线圈1a的允许工作温度取为Tw(℃)，该线圈1a设置场所周围温度取为Ta(℃)，进行电力传送时，在流过该线圈1a的交流电流为Ia(A)时，该线圈1a满足Rw≤(Tw-Ta)/(Ia²×θi)的关系，从而进行电力传送。

如图1所示，这种结构的线圈1a可以用作为1次侧线圈和2次侧线圈可分离的电力传送装置的送电线圈1或受电线圈2。

另外，在图2A实施形态中，将导线卷曲为圆形。但是，不限于圆形，也可以卷曲为图3A所示的长圆形，图3B所示的椭圆形，图3C所示的正方形，图3D所示的长方形，图3E所示的六边形等多边形等等任意的形状。这在后述的其他实施形态中也一样。其中，线圈的形状为圆形之外的场合，如图3A-图3E所示，线圈外径D限定线圈的最小外寸D`。

下面，针对上面的关系，RS＞Rw、Rs＞Rn≥Rw、Rw≤(Tw-Ta)/(Ia²×θi)等进行说明。另外，因为后述的其他线圈的实施形态中也能够达成同样的效果，针对该说明，在后面记载的实施形态中，省略该说明。

(由线圈构成的变成器的说明)

图4为表示变成器等价电路的图。图5表示线圈单体的等价电路，图6表示现有技术例中说明的如图38那样的结构的变成器单体的等价电路图。图7为表示2次侧线圈短路时变成器等价电路图，图8表示负载电阻RL连接2次侧线圈时变成器等价电路图。

如果送电线圈1和受电线圈2相对向配置，则具有变成器的作用。为了求得Rw、Rn、RS的理论上的关系，先计算变成器的1次侧的阻抗Z1。在图4中，L1为1次侧线圈的电感，L2为2次侧线圈的电感，M为1次侧线圈和2次侧线圈间互感，V1为1次侧线圈的两端电压、V2为2次侧线圈(负载电阻RL)的两端电压，I1为流过1次侧线圈中的电流，I2为2次侧线圈中流动的电流，RL为负载电阻(纯电阻)，Z1为1次侧输入阻抗。在图4中，下述电路方程式成立，通过求解下述连环方程式，能够求得Z1的纯电阻成分(有效串联电阻)和电抗成分(感抗)。下面记载的是图4的电路方程式。其中，j²＝-1。ω为角频率，ω＝2πf(f为频率，Hz)。

V1＝jωL1·I1+jωM·I2.....(1)

V2＝jωM·I1+jωL2·I2.....(2)

V2＝-RL·I2.....(3)

因为Z1＝V1/I1，从上述3个方程式组中，可以消去V2、I2。将上述方程组的式(3)代入式(2)中，消去V2，则得到

0＝jωM·I1+(jωL2+RL)I2

针对I2解上述方程式，将上式代入上述方程组中的式(1)中，消去I2，则

V1＝(jωL1+ω²M²/(jωL2+RL))·I1

因为Z1＝V1/I1，由上式可得Z1

Z1＝jωL1+ω²M²/(jωL2+RL)

实际变成器在1次侧线圈具有有效串联电阻R1，在2次侧线圈具有有效串联电阻R2，所以，考虑图6的电路，如果RL＝R2，则

Z1＝R1+jωL1+ω²M²/(jωL2+R2)

对于上式的ω²M²/(jωL2+R2)，乘以(-jωL2+R2)/(-jωL2+R2)＝1，则Z1＝R1+jωL1+ω²M²/(-jωL2+R2)/(ω²L2²+R2²)

整理实数项和虚数项，则

Z1＝R1+R2·ω²M²/(ω²L2²+R2²)+jωL1-jωL2·ω²M²/(ω²L2²+R2²)

如果

A²＝ω²M²2/(ω²L2²+R2²)

                            ，则Z1

Z1＝(R1+A²R2)+jω(L1-A²L2)......(4)

因为ω²＞0，M²≥0，L2²＞0，R2²＞0，明确地，A²≥0，即，在图6中，1次侧的线圈的输入阻抗Z1为

Z1＝R1+jωL1……(5)

由(5)式和(4)式的比较可见，如图7示，在变成器的2次侧线圈短路时，1次侧线圈的有效串联电阻R1增加，电感L1减少。这些是已知的电路理论。

上式(4)和式(5)为用于说明RS＞Rw、Rs＞Rn≥Rw、的关系的基本式。

下面对图2A所示线圈1a相关具体例进行说明。虽然部分重复，但是记号的定义很明确。Rw为线圈1a单体有效串联电阻(图5的R1)，Rn为在开放与线圈1a相对向的另一线圈时，线圈1a的有效串联电阻(图6的R1)，Rs为将与线圈1a相对向的另一线圈短路时的线圈1a的有效串联电阻(图7的R1)，kr为由Rw和Rs近似求得的两线圈间结合系数。

另外，将线圈1a单体的电感取为Lw，将与线圈1a相对向的另一线圈短路连接时的线圈1a的电感取为Ls，由Lw和Ls近似求得的两线圈间结合系数记为ki。Kr、ki近似求法将后述。

在以下的说明中，使线圈相对向的变成器的1次侧和2次侧有所区别，但是，因为变成器可以反转1次侧和2次侧，所以，图6的R1、L1和2次侧的R2、L2考虑的时候可以得到同样的结果。即，本发明实施形态电力传送线圈装入1次侧、2次侧的至少一方即可。例如，可以在2次侧(机器侧)使用和线圈1a一样的结构的线圈，在1次侧(送电侧)使用螺线管线圈或后述的蜂窝状多层卷线圈。将线圈1a单体有效串联电阻记为Rw。将与线圈1a短路的螺线管或蜂窝状多层卷线圈与之相对向时的线圈1a的有效串联电阻记为Rs。此时，送电线圈即螺线管或蜂窝状多层卷线圈，以小于满足Rs＞Rw关系的最高频f1的频率fd状态下，由交流电源Va驱动。

下面对线圈1a的具体结构例进行说明。

(线圈1a的具体结构例1A的说明)

图9为示出将线径1mm的单导线密接卷成外径为70mm的25匝(T)的线圈1A的Rw、Rn、Rs和线圈1A连接10Ω负载电阻时，有效电力传送效率和频率关系的图。

本申请发明者参考特开平JP4-122007号公报记载的线圈(以下称为现有技术例)作为图2A所示的线圈1a，使用卷曲成平板空芯单层涡卷状以使邻接的导线彼此密接的匀称线，形成线圈1A。这样，如果送电线圈和受电线圈两者都使用线圈1A，则可看到刚好能实现规定的电力传送性能。

其中，本申请发明者得到的是，与线圈1A相比传送性能得到提高的如图10～图17所示的线圈1B～线圈1G。各线圈1B～线圈1G为使用匀称线，卷曲成如图2A的线圈1a那样的平板空芯单层涡卷状的线圈。

(线圈1a的具体结构例1B的说明)

图10为用于说明线圈1B的特性图。

线圈1B为将铜线径0.6mm的匀称线密接卷成外径为70mm的40匝的线圈，图10示出线圈1B的Rw、Rn、Rs、kr、ki和频率关系的图。

(线圈1a的具体结构例1C的说明)

图11为用于说明线圈1C的特性图。

线圈1C为将铜线径0.3mm的匀称线密接卷成直径为70mm的70匝的线圈，图11示出线圈1C的Rw、Rn、Rs、和频率关系的图。

(线圈1a的具体结构例1D的说明)

图12为用于说明线圈1D的特性图。

线圈1D为将铜线径0.3mm的匀称线密接卷成直径为30mm的31匝的线圈，图12示出线圈1D的Rw、Rn、Rs和频率关系的图。

(线圈1a的具体结构例1E的说明)

图13为用于说明线圈1E的特性图。

线圈1E为将铜线径1mm的匀称线疏接卷成外径为70mm设置约1mm空隙的14匝的线圈，图13示出线圈1E的Rw、Rn、Rs、kr和频率关系。

(线圈1a的具体结构例1F的说明)

图14为用于说明线圈1F的特性图。

线圈1F为将75根铜线径0.05mm的匀称单导线捆束成的电线(绞合线)密接卷成外径为70mm的30匝的线圈。图14示出线圈1F的Rw、Rn、Rs、kr、ki和频率关系。

(线圈1a的具体结构例1G的说明)

图15为用于说明线圈1G的特性图。

线圈1G为将75根铜线径0.05mm的匀称单导线捆束成的电线(绞合线)密接卷成外径为50mm的20匝的线圈，图15为示出线圈1G的Rw、Rn、Rs、kr、ki和频率关系的图。

(针对各线圈的讨论)

图10～图15所示特性图涉及线圈1B～1G，共同示出满足Rs＞Rw时最高频率f1、和满足Rs＞Rn≥Rw的最高频率f2。最高频率f1、f2对于各线圈1B～1G分别不同。

另外，图10～图15所示特性图，是在零距离时测定所有相对向的线圈间的距离。即使线圈间相对向的距离相隔开，Rn、Rs相对距离也比零距离时稍微低些，但是，相对距离直到线圈外径D的1/10左右也不基本上不会有变化。实际上，如果相对距离增加，则结合系数降低，1次侧电抗增大，表观电力增加，所以功率因数减小。

线圈有效串联电阻导致的电力损失如后所述，通过Rw≤(Tw-Ta)/(Ia²×θi)的限定可以得到抑制。如后所述，因为根据线圈的使用条件，Tw、Ta和图8中的R1，R2的值不明点是不同，所以，在本发明的实施形态中，对于相对距离零也好，或者实际中使用的线圈的相对距离也好，测量上述的Rw，Rs，Rn，只要求得满足Rs＞Rw的最高频率f1，满足Rs＞Rn≥Rw的最高频率f2。

首先，针对满足Rs＞Rw的场合和不满足的场合的不同之处进行说明。如上所述，线圈的有效串联电阻Rw已知是随着频率的上升而增加，究其原因在于表观效果和涡流损失。

进一步，如图7所示，根据上述电路理论，如果将2次侧线圈短路，则1次侧纯电阻值增加到(R1+A²R2)，这是已知的。其中，R2表示2次侧线圈有效串联电阻，M表示1次侧线圈和2次侧线圈之间互感，ω位角频率(ω＝2πf，f为频率，Hz)，如果将2次侧线圈的自身感抗记为L2，则A²＝ω²M²/(ω²L2²+R2²)、ω²＞，M²≥0，L2²＞0，R2²＞0，所以，很明确，A²≥0。另外，针对1次侧的感抗，如果将1次侧线圈的自身感抗记为L1，则如图7所示，如果将2次侧线圈短路，则1次侧感抗将减少到(L1-A²L2)。

然而，参照图9～图11，也可见到频率高的区域中，Rs比Rw小的情况。对于Rs＜Rw的频率，在作为比较例的线圈1A中，变成为约67kHz以上，与之相对的，对于线圈1B，变成约208kHz以上。对于线圈1C，变成约820kHz以上。对于密接成平板涡卷状卷成匀称线的线圈，如上所述，匀称线的线径越大，则满足Rs＞Rw的最高频f1越低。另外，由图12可知，使用和线圈1C相同的单导线，卷曲成外径为30mm的31匝的线圈1D而言，满足Rs＞Rw的最高频f1相比线圈1C而言变高。

(线径频率特性变动说明)

图16为示出将0.2mm、0.4mm、0.8mm、1mm各匀称单导线卷成25匝呈平板状的线圈的频率和各线圈有效电阻Rw的关系的图。

如图9～图12可知，满足Rs＞Rw的最高频f1低的线圈随着频率的上升，有效串联电阻Rw的增加率也越高。如图16所示，即使将0.2mm、0.4mm、0.8mm、1.0mm各不同线径匀称线都卷成25匝的匝数而卷成的线圈外径不同的线圈，其特性均相同。即可见，匀称线线径越大，随着频率的上升，有效串联电阻Rw的增加率也越高。另外，对于卷曲成同一线径的线圈而言，卷取数少，外形小的线圈其满足Rs＞Rw的最高频f1高，而随着频率的上升，有效串联电阻Rw的增加率越低。

换言之，尽管根据电路理论，必须满足Rs＞Rn＝Rw的关系，但是，在使用线圈1A～线圈1D，构成为如图6，图7结构的变成器中，对于频率高的区域，则不满足Rs＞Rw的关系。例如，对于线圈1B，对于频率208kHz以上的点，从图10可见，为Rs＜Rw。

Rw和Rs的关系对于Rs＜Rw这样的的频率区域，必须为正的A²将为负。如图9～图12所示，对于Rs＜Rw这样的的频率区域，如图8所示，不能求得有效串联电阻R1和R2的实际值。下面将示出其一个例子。因为其中由有效串联电阻近似求得结合系数，所以，将结合系数标记为kr。如后所述，将由感抗求得的结合系数记为ki。

根据现有电路理论，如果将结合系数标记为kr，将互感M，1次侧线圈的自感记为L1，2次侧线圈自感记为L2，则M²＝kr²·L1·L2的关系成立。因为1次侧和2次侧采用同一线圈，R1＝R2，L1＝L2，所以，在满足ω²L2²＞＞R2²时，A²＝ω²M²/(ω²L2²+R2²)≈ω²M²/(ω²L2²)＝kr²·L1/L2＝kr²。所以，由(R1+A²R2)，得到(Rw+kr²Rw)＝Rs，kr²＝(Rs-Rw)/Rw，近似以求得kr²。

((Rs-Rw)/Rw)。

不管是否满足ω²L2²＞＞R2²，因为在同一线圈场合R1＝R2，L1＝L2，所以，计算ω²L1²/Rw²，该值为50以上时求得的结合系数的值判断为误差2％左右。在图9～图15中，如果为10kHz～30kHz以上，则ω²L1²/Rw²＞50。对于满足Rs＞Rw的频率区域，这样做，可以由Rw，Rs近似求得结合系数kr。

但是，对于Rs＜Rw这样的的频率区域，必须为正的A²将为负，应该为正的结合系数kr的二次方kr²为负，所以，不能由有效串联电阻Rs和Rw求得结合系数，由(4)式可见，在图8中，不能求得R1和R2的实际值。在Rs＝Rw的场合，结合系数kr将为零，如果Rs＜Rw，则数学上，结合系数kr为虚数，实际上，2个线圈相对向，对于互感M，因为M≠0，理论上式不可能两线圈间结合系数为零或者为虚数。

如上所述，在不满足Rs＞Rw条件的频率区域，图8的有效串联电阻R1和R2的值式不明的。进一步，线圈有效串联电阻Rw变大，即使1次侧，2次侧线圈均流过电流I，由于为R1×I²，R2×I²的电力损失过大，线圈会发热。由于该电力损失，有效电力传送效率降低。在1次侧，2次侧均使用同一线圈的场合，2×Rw＝Rs，因为结合系数kr为1，所以Rs大致为2×Rw。

(线圈1A和线圈1F的组合的说明)

图17为示出将线圈1A作为其中一方线圈，将后述线圈1F作为另一方线圈时的Rw、Rn、Rs、和线圈1F中10Ω负载电阻连接时的有效电力传送效率和频率的关系的图。

在图9中，说明了将线圈1A用作送电线圈和受电线圈时正好能够实现规定电力传送性能的情况，下面对其进行说明。如果将线圈1A用作其中一方线圈和另一方线圈，则由图9可见，线圈1A中满足Rs＞Rw的最高频率f1由图9可知为约67kHz。即，线圈1A的f1小于100kHz。因此，如果使用1mm匀称线作成的线圈1A作为送电线圈和受电线圈双方使用的化，则正好也能够实现现有技术例线圈相同的电力传送性能。

也可以将图9所示的线圈1A作为其中一方线圈使用，将另一方线圈使用图14所示的线圈1F。这样，对于线圈1A，至少，满足Rs＞Rw的最高频率f1从67kHz升至110kHz。因此，能够提高电力传送性能。因此，如果采用图9的线圈1A，通过选择相对向的另一方线圈，无需使用磁性材料等，也能够以空芯的状态提高电力传送性能。

如果进行实测的话，对于线圈1A，满足Rs＞Rw条件的频率在相对向的线圈为线圈1A的场合由图9为约67kHz，相对向的线圈为线圈1F的场合由图17为约110kHz，相对向的线圈为线圈1G的场合尽管未图示，为150kHz。通过选择相对向的另一方线圈，能够使得线圈1A满足Rs＞Rw条件的最高频率f1上升。另外，在使线圈1A和线圈1F相对向的场合，线圈1F满足Rs＞Rw条件的最高频率为2MHz。在该频率区域，线圈1A单体的有效串联电阻Rw为10Ω以上的高数值，所以，通过后述的Rw的热条件的规定Rw≤(Tw-Ta)/(Ia²×θi)，能够规定可流过2次侧线圈即线圈1A的电流。

优选的，在组合使用线圈1A和线圈1F的场合，如上所述，为了在f1小于110kHz的频率区域传送电力，设定交流电源输出频率fa小于f1。当然，对于fa，线圈1A，线圈1F双方满足Rs＞Rw。线圈1A满足Rs＞Rw的最高频率f1约67kHz，但是，通过组合使用线圈1A和线圈1F，即使将线圈1A用作送电线圈和受电线圈任何一个，也能够以67kHz以上的频率传送电力。

在本发明实施形态中，在其中一方的线圈f1很低时，该线圈的f1将如图17所示的110kHz作为规定频率，以约10％的余量选择比100kHz高的线圈作为另一方线圈。这样选择的其中一方线圈和另一方线圈组合构成电力传送装置。通过构成这样的结构，能够使用高频线圈。而且能够改善电力传送装置的电力传送性能。

即，首先，选择其中一方线圈和另一方线圈，在前者线圈中，测量Rw、Rs、Rn的各频率特性。基于测量数据，求得前者线圈满足Rs＞Rw的最高频率f1。在f1高的线圈的组合中，电力传送性能的频率特性的优点可以通过和图9的比较，由图17清晰可见。并且，将交流电源Va的输出频率fa设定为小于f1。这样，能够实现电力传送性能优秀的电力传送装置。

(线圈1B～线圈1D的组合的说明)

使用单导线的线圈1B～线圈1D中，满足Rs＞Rw的最高频率f1均超过了100kHz。将线圈1B～线圈1D作为其中一方线圈，将另一方线圈取线圈1B～线圈1D的任何一个都可以。对于其中一方线圈，求得满足Rs＞Rw的最高频率f1。将包含于电力传送装置中的交流电源Va的输出频率fa设定为小于f1。这样，能够实现电力传送性能好的电力传送装置。

(满足Rs＞Rn≥Rw的场合的说明)

接下来针对满足Rs＞Rn≥Rw的场合和不满足的场合的不同之处进行说明。如上所述，对于线圈单体，通过测量正确求得该有效串联电阻Rw，在图6构成的变成器中，如图9～图13所示，仅仅使得2次侧线圈相对向，在频率高的区域，R1从Rw上升到Rn。R1为1次侧线圈有效串联电阻，图5的R1(和Rw相同)的频率特性和图6的R1(和Rn相同)的频率特性不同，通过图9～图13描画的Rw和Rn的图表清晰可见。

进一步，如上所述，由Rw和Rs求得A²，取得A²的平方根，从而可以近似求得结合系数kr。

描画由图13中的线圈1E，图14中的线圈1F的Rw和Rs求得的结合系数kr。对于线圈1E，如图13所示，频率上升的同时Rn增加的比例降低，至约3.7MHz，满足Rs＞Rn≥Rw。对于1F，如图14所示，频率上升的同时Rn急剧增加，在频率为780kHz以上的频率区域中，Rs＜Rn。

从由Rw和Rs近似求得两线圈间结合系数kr和频率的关系上看，线圈1E到约2MHz，结合系数kr保持大致0.8以上的值，相对地，对于线圈1F，因为频率上升而降低，结合系数kr从100kHz时的0.9左右降低到1MHz的0.65左右。因此，对于不满足Rs＞Rn≥Rw的频率需要尽量高些为好。

通过在满足Rs＞Rn≥Rw条件的频率区域中使用线圈，图5线圈单体和图6所示结构的变成器因为理论上均接近理想特性，所以，相比现有技术能够使得电力传送性能提高。

(不满足Rs＞Rn≥Rw的场合的说明)

但是，根据不同频率区域，将会不满足Rn＝Rw，而是Rn＞Rw，因为受到Rn的影响，在图8中，不能正确求得R1和R2的值，另外，R1，R2按照图1所示的RL变化。即，由于R1，R2中流过的电流，R1，R2产生变动，当然，因为也根据频率变动而变动，所以，在图1中，不能测定电力传送时的R1，R2的实际的正确值。

在本实施形态中，对于Rs＞Rw和Rs＞Rn≥Rw这2个条件是否满足的测定，记载的是使同一线圈相对向的场合。但是，如图17所示，使结构，构成，外径等不同的任意的2个线圈相对向，进行1次侧线圈，2次侧线圈的任何一个的测量也可以，不使同一线圈相对向测定也可以。

另外，针对Rs＞Rn≥Rw的规定相关细节性作用效果，后面将参照线圈1F，线圈1G进行说明。

(热电阻θi(℃/W)，温度Tw(℃)，周围温度Ta(℃)的说明)

接下来对Rw≤(Tw-Ta)/(Ia²×θi)的关系进行说明。如上所述，在图1中，在实际向负载电阻RL输送电力时，线圈的有效串联电阻R1，R2时不明的，基于此，在图7中，根据电路理论，R1＞Rw。即，最起码除了将Rw设定为基准之外，不能规定线圈的热条件。因此，除了至少将Rw设定为基准之外，还需要规定线圈的热条件。

在实施本发明的场合中，线圈的热电阻θi(℃/W)由线圈的结构或设置条件决定。例如在线圈为空芯单体的场合，θi很高，在线圈固定于热电阻小的树脂内，并且设置于水中时，θi变低。线圈可操作的温度Tw(℃)由线圈结构及用途决定，装入绝热性好的外壳内或者装入变压器之类的机器内部等场合中，例如为50℃～80℃，设置在人体，动物能够接触到的场所等，例如40℃左右。对于线圈设置的场所周围温度Ta(℃)，在室外等场合例如为-20℃～40℃，在室内等场合例如为15℃～30℃，在机器内部等场所例如为40℃～50℃。

通常，物体因为温度越高而向周围散热越多，所以，需要正确求解出热扩散方程式，但是，对于具有各种结构的线圈而言，通过改变比热等热常数来求解热扩散方程式时很困难的，所以，采用下述方法简单求解热电阻θi(℃/W)。

首先，在1次侧或2次侧设置线圈时，求解初始状态下线圈温度T1(℃)。在线圈中，流过直流定电流Id(A)，测量线圈的两端电压Vd(V)，根据Pd＝Vd×Id(W)，求得线圈的消耗电力。金属导线如果温度上升则电阻增加，线圈两端电压Vd上升，所以优选地，对于Vd，用记录笔等记录求得平均值，用A/D转换器等逐次监视Vd，取得平均值。一边达到热平衡，一边测定线圈温度T2(℃)。热电阻θi(℃/W)根据θi＝(T2-T1)/Pd(℃/W)求取。优选地，该测定通过改变Id电流值而测量数次，从而求得平均值。

对于这样求得的热电阻θi(℃/W)，由实际使用条件下的线圈的有效串联电阻Rw(Ω)和线圈中流过的电流Ia(A)决定，有效串联电阻Rw消耗的电力如果乘以Ia²，即Rw×Ia²(W)，求得实际使用条件下线圈的温度上升值Tr(℃)。Tr＝θi×Rw×Ia²(℃)，将线圈可操作温度记为Tw(℃)，将线圈设置场所的周围温度记为Ta(℃)，则Tr＝Tw-Ta，如果不满足不等式(Tw-Ta)≥θi×Rw×Ia²(℃)，因为超过了线圈的可使用温度，所以实施起来变困难。

对于有效串联电阻Rw(Ω)相关条件Rw≤(Tw-Ta)/(Ia²×θi)，对不等式进行变形，规定Rw或Ia的条件。在电力传送频率中，有效串联电阻Rw为1次侧或2次侧线圈单体实测求得的变量，1次侧或2次侧线圈中流过的电流Ia也是实测求得的，属于在1次侧由电源条件决定，在2次侧由负载条件决定的变量，而其他的Tw，Ta，θi为已知常数。因此，如果求得Rw，则规定了Ia的上限值，反之，如果Ia被确定，则规定了Rw的上限值。

Rw为直流电阻Rd和交流电阻Ra的和，可以直接实测Rd和Rw，所以通过确定Ia，通过匝数增加，可以规定Rd和Ra的和即有效串联电阻Rw的上限值，由有效串联电阻Rw和频率的关系，可以规定能够传送电力的频率范围。

1V×10A，10V×1A均具有相同的10W的功率，由于线圈有效串联电阻导致的电力损失在为10A的场合为1A的100倍。不管1次侧还是2次侧，如果考虑流过线圈的电流Ia，不规定线圈有效串联电阻导致的电力损失，则不能改善2线圈之间的电力传送性能。

使用图14所示线圈1F和图15所示线圈1G的导线，均为导体外径0.05mm，绝缘被覆厚度0.005mm，导线外径0.06mm的匀称线捆成75束的绞合线，线圈1F为在外形70mm上密接卷曲30匝而成，线圈1G为在外形50mm上密接卷曲20匝而成。

根据图14，图15，对线圈1F和线圈1G的Rw，Rn，Rs的频率特性进行比较，对于线圈1F，Rs＜Rn的情形存在于780kHz以上，而对于线圈1G，则到大约2.1MHz均满足Rs＞Rn≥Rw的条件。究其原因，还不能断定其由于绞合方式或捻缩间距的关系或者由于匝数及外形，卷曲方式等造成。但是，如果测定线圈的Rs，Rn，Rw中的至少一个频率特性，则可以判定是否该线圈适用于电力传送装置。下面叙述其具体方法。

(电感和结合数的说明)

表1记载了从5.0kHz到1.0MHz的各频率中的，线圈1B，线圈1F，线圈1G的单体电感Lw，和短路的同一线圈在零距离相对时的电感Ls的值，和如下述所示计算法近似求得的结合系数ki。该表中的各ki为图10，图14，图15中描画的ki。

【表1】

首先，对由线圈电感变化近似求得结合系数ki的方法进行说明。如上所述，将图5时的线圈自身电感记为Lw(H)，将图6时的1次侧线圈电感记为Ln(H)，则在图5，图6中，L1＝Lw＝Ln的关系成立，如图7所示，将在1次侧线圈相对向的2次侧线圈短路时的1次侧电感成分记为Ls(H)，则Ls＝(L1-A²L2)的关系成立。有效串联电阻Rw，Rn不同，实测上，L1＝Lw＝Ln。关于L1，L2，A²前面已经叙述。

在1次侧和2次侧使用同一线圈场合，因为L1＝L2，R1＝R2，所以Ls＝(Lw-A²Lw)的关系成立。在50～100kHz以上时，因为ω²L2²/R2²大于50，所以A²≈ki²，因此，ki²＝(Lw-Ls)/Lw，((Lw-Ls)/Lw)，近似求得结合系数ki。如上所述，将这样由电感变化，Lw，Ls求得的结合系数记为ki。如果比较图14和图15描述的kr和ki可见，则在图15中，kr和ki基本上一致。

但是，在图14中，并未见到kr和ki一致。而且，对于线圈1B，尽管图10中描出了kr和ki，但是，在图10中可见，以Rn＞Rs的频率为界，kr急剧减小。实际上，在使用2个图15所示的线圈1G的场合中，到2.1MHz均满足Rs＞Rn≥Rw的条件，到10MHz均满足Rs＞Rw的条件，所以，能够以高频率，高功率因数，高有效电力效率传送电力，电力传送性能非常好。

即，在满足Rs＞Rn≥Rw的最高频率f2很高的高频区，Rn/Rw的值越接近1，线圈的性能越好，随着频率的上升Rw的增加也越少。这样，通过参照频率和Rw，Rn，Rs的关系，或者通过比较由Rw，Rs求得的结合系数kr的频率特性，和由Lw和Ls求得的结合系数ki的频率特性可见，虽然仅仅依靠线圈单体的有效串联电阻的频率特性不能够进行判断，但是能够了解是否可以作为使线圈相对向电力传送机构即变成器的性能。

因此，如果构成线圈的绞合线采取合适的绞合方式及捻缩间距，卷曲方式以形成多个线圈，对线圈的Rw，Rn，Rs的频率特性进行测定，优选地对Lw，Ln，Ls频率特性进行测定，对kr和ki的频率特性进行比较的话，能够寻找到最合适的线圈。该方法中，不仅限于绞合线，也可以使用单铜线，乙烯线及其他后述的另外的实施形态中的电线，能够选择适合于电力传送的线圈。即，通过改变线材，线径，尺寸，形状，卷曲方法等，尽管仅仅依靠线圈单体的有效串联电阻的频率特性不能够进行判断，但是能够判断是否可以作为使线圈相对向电力传送机构即变成器的性能，能够提供现有技术不能实现的具有良好电力传送性能的线圈。

如果采用1mm的单导线，以设有空隙的方式卷曲成的线圈1E因为直到3.7MHz均满足Rs＞Rn≥Rw，直到7.7MHz均满足Rs＞Rw，所以，与线圈1G相比，关于Rs＞Rn≥Rw的规定没有余差。并且，4MHz时的线圈1E单体的Rw为0.87Ω，线圈1G单体的Rw约为2Ω，10MHz时的线圈1E单体的Rw为2.9Ω，线圈1G单体的Rw为17Ω，线圈1E相比线圈1G而言，线圈单体有效串联电阻Rw的高频特性要好。

因此，通过Rw≤(Tw-Ta)/(Ia²×θi)的规定，单导线形成的线圈1E比绞合线形成的线圈1G更能适用高频。因此，本发明实施形态中，通过Rs＞Rw，Rs＞Rn≥Rw，Rw≤(Tw-Ta)/(Ia²×θi)等各项的规定，在实现了现有技术所不能实现的线圈的基础上，通过规定线圈使用最佳频率区域，从而能够实现比现有技术电力传送性能好的电力传送装置这样的优良的效果。

在含上述引用文献的现有技术中，仅仅规定了线圈特定结构。而且，仅仅通过示出了特定结构的一个实施例，便主张所关注的特性例如有效串联电阻频率特性能够得到改善的观点。但是，如上所述，即使外径和内径相同，线径匝数不同线圈的特性将完全不同。另外，即使使用完全相同的导线，结构(外径，匝数等)不同则线圈特性不同。换言之，即使规定线材或卷曲方式等特定结构，实际制成的线圈将具有各种各样的结构，不能有任何保证它们能够达到相同的效果。

因此，仅仅规定线圈的特定的结构，是不可能实现其充分满足电力传送装置线圈要件的线圈。目前，如现有技术记载的那样，利用有效电力传送效率80％，可传送20W的电力的电力传送装置时至今日也不能实现。

如本申请所述，线圈特定结构之外的结构变化时导致的特性变化也没有明确化，只要不规定线圈的动作条件，电力传送性能优良的线圈和电力传送性能优良的电力传送装置就不能实现。作为其一个方面，本发明实施形态具有可介电结合的各种结构的线圈中，通过规定各线圈的动作条件，能够实现电力传送性能好的电力传送装置。因此，在本发明实施形态中，能够达到现有技术所不能实现的非常好的效果。

(线圈的功率因数的说明)

在本发明各实施形态中，采用不装入磁性材料的线圈，在结合系数小于0.9左右的疏结合状态下，在2个线圈之间，实现了现有技术难以实现的能够传送大电力的线圈。如上所述，功率因数为0.5以上时，在疏结合状态下，1次侧线圈中投入的无效电力回升为有效电力。

如果功率因数从1降到0.5，由于表观电力而流过1次侧线圈的电流为倍，1次侧线圈有效串联电阻Rw导致的损失为2倍，基于此，与2次侧线圈连接的负载电阻流过电流时，有2次侧线圈中流过的电流产生的磁力线贯通形成1次侧线圈的导线，产生涡流损失，1次侧线圈发热。因此，本发明实施形态实施中优选满足不等式Rw≤(Tw-Ta)/(Ia²×θi)，如果不满足，则实施变困难。

另外，对于传送电力频率而言，在满足Rs＞Rn≥Rw时，如果图1中电源内部电阻R3为等于小于Rw的值，则从负载电阻RL看2次侧线圈，因为1次侧短路，所以R2基本上为等于Rs的值。因此，对于2次侧线圈，最好进一步满足Rs≤(Tw-Ta)/(Ia²×θi)。另外，在图38中R1的值不明，如果对1次侧线圈也满足Rs≤(Tw-Ta)/(Ia²×θi)则更好。

其中，在普通变成器中，闭合磁通量Φc，漏磁量Φg，结合系数k的关系为k²＝Φc/(Φc+Φg)，1-k²＝Φg/(Φc+Φg)，闭合磁通量Φc传导如上所述的有效电力。漏磁量Φg如上所述，传导在向电抗元件上施加的电压V和流过的电流I的乘积即无效电力。

在线圈中，由于I的相位比V的相位延迟90度，所以，如果对V的即时值乘以I的即时值对1个周期进行积分，电力为零，所以，电抗元件即线圈不消耗电力。在该领域中，明确记载漏磁束导致能量损失，为了提高封闭磁力线比率对线圈形状进行限定的文献很常见，但是，如上所述，漏磁束不消耗电力。

因此，假定有效串联电阻Rw小到能够尽可能忽略的程度，则跟漏磁束比率没有关系，能够传送大电力。但是，在特开平JP8-148360号公报中公开的所述结构的线圈中，有效串联电阻Rw很小，线圈自身的电感和结合系数很小，所以，功率因数显著减小。因此，必须对1次侧供给大的表观电力，所以，为了实现适用于电力传送的线圈，必须确定线圈结构，适当设定所有参数，并且使有效串联电阻Rw尽可能小。

(可用于电力传送的频率的说明)

本发明实施形态线圈可用于电力传送的频率的上限可以由满足Rs＞Rw的最高频率f1，满足Rs＞Rn≥Rw的最高频率即f2的规定而求取，而线圈可用于电力传送的频率的下限，通过规定施加于线圈单体上的电压V和流过线圈单体的电流I的相位差为80度以上来求取。

尽管未图示，对于满足Rs＞Rw的最高频率f1低的线圈1B，直到小于5kHz，V和I的相位差均为80度以上，而对于满足Rs＞Rw的最高频率f1超过10MHz的线圈1G，如果小于20kHz，则V和I的相位差均为80度以下。

如上所述，参照图10，对于线圈1B，满足Rs＞Rw的最高频率f1约210kHz，满足Rs＞Rn≥Rw的最高频率f2约75kHz，满足Rs＞Rw的最高频率f1的规定可用于线圈1B的频率区域为5～210kHz，满足Rs＞Rn≥Rw的最高频率f2的规定可用于线圈1B的频率区域为5～75kHz，这样，本发明实施形态中的线圈可用于接近理论上理想特性的频率区域。在图11中描出了线圈1C的相位角。满足Rs＞Rw的最高频率f1，在比线圈1B高的线圈1C中，相位角为80度的频率约8kHz，比5kHz高一些。

如上所述，根据该实施形态，通过规定线圈1a的导线11的线径和线圈外径和匝数，可以确保所需自身电感和结合系数k。另外，可以规定线圈1a的电流值Ia的上限或决定线圈1a的有效串联电阻Rw的匝数的上限，在连接负载电阻时的电抗X和纯电阻R的比，X/R和施加于线圈的交流电压和交流电流的相位差φ非常小，功率因数cosφ非常大，并且，通过在有效串联电阻Rw小的频率附近使用线圈1a，可以降低电力传送时的无效电力，表观电力。进一步，能够将有效电力效率提高到85％以上。

(线圈1A和1E的频率特性比较说明)

图18为示出图9所示密接卷曲的线圈1A和如图13所示的疏卷的线圈1E的线圈有效串联电阻Rw在增加状态的比较情况的图。如图18所示，在频率上升时，疏卷线圈1E与密接卷曲线圈1A相比，能够抑制线圈有效串联电阻Rw的增加。另外，对于同一外径的线圈，因为卷线总长度缩小，所以能够抑制直流电阻降低。

(空隙宽度导致有效串联电阻频率特性变化的例子的说明)

图19为示出将0.4mm匀称线以设置具有一定空隙宽度的方式卷成25匝形成的各线圈的有效串联电阻的频率特性作出何种变化的图。空隙的宽度设置为0，0.2mm，0.4mm，对于宽空隙，能够抑制随着频率的上升而导致的有效串联电阻的增加。另外，因为匝数相同，所以空隙宽度越大线圈外径越大，构成线圈的铜线的总长度变长，所以，对于低频率，有效串联电阻对没有设置空隙的一方来说变低。

其中，因为涡流损失和磁力线贯通导体体积成比例，所以，如果单导线最大径不为0.2mm以上，则即使在导线间设置空隙t也不能由此降低线圈有效串联电阻Rw的增加率。从图15的线径0.2mm的单导线密接卷曲的线圈单体的频率和有效串联电阻Rw的关系上看，对于线径0.2mm，随着频率上升而导致的有效串联电阻增加率降低，对于线径0.2mm的单导线，即使设置空隙，也未必能够对有效串联电阻Rw的频率特性由多大的改善。

图12所示的线圈1D的自身电感大约为19μH。将线圈1D卷成2层的线圈的自身电感约为76μH。这和自身电感与匝数的2次方成比例的理论基本上得到相同的结果。卷成2层的线圈的有效串联电阻的频率特性与单层卷相比变差，满足Rs＞Rw的最高频f1也变低。并且，因为在有效串联电阻低的低频区域能够确保电抗，所以，卷成2层在低频下使用是有利的。

将线圈1D卷成2层卷，作为其中一方线圈及另一方线圈用。将线圈1D卷成2层的线圈满足Rs＞Rw的最高频为550kHz，因为电感很高，所以，即使在不到250kHz的频率下使用也能够确保所要的电感。

在图16中，将线径0.2mm的单导线密接卷曲时的5kHz下的有效串联电阻Rw为0.83Ω。在1MHz下的有效串联电阻为2.16Ω。有效串联电阻的增加率为2.16/0.83＝2.60，将后述的线径1mm的单导线以设置空隙的方式卷曲的线圈1E的增加率比7.6小。其中，对于线径0.2mm的线圈，Rw的绝对值变大，热电阻θi变小，所以，必须以满足Rs≤(Tw-Ta)/(Ia²×θi)的关系的方式，选择适合传送的电力值的导线径。

(线圈匝数和电感的说明)

接下来对线圈匝数8圈，电感最低值2μH进行说明。对于现有技术线圈，绕成5圈的匝数，在1MHz下线圈的Lw为0.79μH，Ls为0.45μH，由Lw，Ls近似计算得到的结合系数ki为0.66，电力传送性能明显变差。使用和线圈相同导线相同形状卷曲为8圈的线圈，Lw约为2.1μH，Ls约为0.7μH，近似计算求得的结合系数ki为约0.83。另外，卷曲为8圈的线圈满足Rs＞Rw的最高频f1约350kHz。

对于现有技术例中线圈的导线绕成8圈卷成的线圈，如上所述，实际中有效串联电阻过小，Rw的频率特性也很差，并且在可以确保充分的电抗的高频区域，不满足Rs＞Rw。因此，需要选择导线的合适的绞合方式以及卷曲方式，但是，因为能够确保在高频区域使用的最低电感和结合系数，所以，在从上述的实测结果中规定最低限8圈的卷取数的同时，还规定电感最低值为2μH。

而且，如上所述，现有技术的线圈的导线的直径为1.5mm，卷成5圈的线圈的最外周部，进一步将导线卷成3圈，如果匝数为8圈的话，外径则为3圈×2倍×1.5mm+30mm＝39mm。因此，使用现有技术例的线圈的导线构成的线圈中，为了确保电感的最低值2μH和结合系数，线圈外径D和线径d3的比为39/1.5＝26，线圈外径D需要至少为线径d3的25倍。

其中，如上所述，“线圈外径D需要至少为线径d3的25倍”这样的特定的结构中，通过改变线材和匝数之外的其他的结构要素，也不一定能够保证电感的最低值2μH和结合系数。例如，使得线材的直径变细，考虑在线间设置空隙等。因此，为了确保电感的最低值2μH，可能需要将圈数卷为8圈以上。以确保电感的最低值2μH的方式，选择所使用的线材的卷的圈数，对于最终结构确定的特定的线圈，测量Rw，Rs，Rn的频率特性。结构确定的特定的线圈指的是，作为实际中做成的线圈的意思。因此，测量实际做成的线圈，规定从所求取得到的特性中导出的上述线圈运作条件，即交流电源的频率fa。

重复进行这些流程，规定线圈特定结构，使其他的结构要素发生变化，从而实际上具有无限可能的结构。规定特定结构的线圈，与旨在其他特定结构规定的发明相比，往往并不能证明达到发挥良好电力传送性能效果。另外，证明实际上是不可能的。

仅从本发明实施形态上看，以确保上述电感的最低值2μH和结合系数的方式规定结构，从满足这些特定条件的线圈中，能够选取适合于电力传送的线圈。这样，本发明实施形态和现有技术例的线圈不同，示出了各个实施形态中的实测特性的数据。可介电结合结构的线圈具有不能特定化的缺点。因此，不能对任意结构的线圈确保电力传送性能。另外，在现有技术中，构成确定的特定线圈不能判断为能够确保电力传送性能。

仅从本发明实施形态要旨即特定规定所进行的动作条件的规定上看，由上述方法选取的线圈可以实现用于具有各种结构的电力传送装置的线圈的性能良好的电力传送装置。这种显著良好效果对于仅仅规定线圈的特定结构的现有例的线圈来说是不可能实现的。

另外，对于其中一方的线圈来说，满足Rs＞Rw的最高频率f1优选为500kHz以上。使用同一线圈满足Rs＞Rw的最高频率f1高的线圈在能够确保电抗的频率下使用。例如，通过在250kHz以下的频率下驱动，能够确认可确保电力传送性能。或者，对于其中一方线圈来说，满足Rs＞Rn≥Rw的最高频率f2优选为500kHz。

图20，图21为示出负载电阻值RL变化时的功率因数和频率的关系。在前述的图9中，一同示出了送电线圈，受电线圈采用线圈1A时的有效电力传送效率和频率的关系。另外，在图17中也示出了采用线圈1A作为送电线圈，将线圈1F作为受电线圈的场合的有效电力传送效率和频率的关系。均为负载电阻RL＝10Ω时的频率特性。功率因数通过测量1次侧的电感求取相位角φ，由cosφ计算得到。cos60度＝0.5。φ＜60度的频率区域，功率因数为50％以上。

由图20，图21可见，负载电阻值低而功率因数最高的频率低。负载电阻值高而功率因数最高的频率高。另外，负载电阻值低则功率因数的极大值大。负载电阻值高则功率因数的极大值小。平常使用的最小负载电阻值的5Ω以下的情形中，功率因数最高的频率小于其中一方的线圈的f2。

在图20中，在使用2个线圈1A的场合中，在满足Rs＞Rw的最高频率f1＝67kHz时，功率因数为50％以上的负载电阻值为10Ω以下。在图21中，如果送电线圈用线圈1A，受电线圈用线圈1F，则满足Rs＞Rw的最高频率f1＝110kHz，功率因数为50％以上的负载电阻值对应达50Ω。另外，通过比较图20和图21可见，图21中在随着f1上升的同时，功率因数的极大值也上升。

从图9和图17的电力传送效率和频率关系来看，在随着f1上升的同时，电力传送性能也得到提高。但是，如果频率大于f1时，电力传送效率η急剧恶化。因此，通过使线圈1F与线圈1A相对向，从而能够改善电力传送性能。

在现有技术例中记载的线圈的特定结构的一例的电力传送装置中，仅仅记载了特定频率100kHz的实施例。接着明确记载频率不限于100kHz。但是，如上所述，由于频率而导致功率因数和线圈的有效串联电阻Rw发生变化。如果负载电阻RL的最小值Rm的功率因数最大点不设定频率，则由于无效电力而在有效串联电阻Rw上产生电力损失。如上所述，测量Rw，Rs，Rn的频率特性，求得f1和f2。功率因数最高的频率fφ优选比f1小。如果负载电阻值RL变大，则线圈的有效串联电阻Rw和RL的比Rw/RL变小。因此，由Rw导致的电力损失相比伏在电力相对变小。因此，负载电阻值很大的场合中功率因数也会变小，可以以小于f1的频率进行电力传送。

(有效电力传送效率η的频率特性的说明)

下面对图9，图17中的有效电力传送效率η的频率特性进行说明。将10Ω的无介电负载电阻连接受电线圈，在送电测测量电感。通过电感测量而在送电测求得相位角φ，计算各频率的功率因数cosφ，设定施加到送电线圈上的电压V，使得送电线圈中流过0.2A的一定电流Ia。送电测有效电力Pr由Pr＝cosφ×V×Ia求得。2次侧有效电力Ps通过求得10Ω的无介电负载电阻的两端电压的有效值Ve，由Ps＝Ve²/10求得。对于各频率的有效电力传送效率η，由η＝Ps/Pr求得。该测量法中，和现有技术例不同，并没有考虑由于负载电阻值和频率而导致功率因数变动的因素。

由实际电器器械所需电力中求得负载电阻值。电器器械所需要的电力由于以电压Vs＝5V，电流Is＝0.5A，电力2.5W左右为下限，负载电阻值RL的最小值为10Ω左右。对于需要10W以上电力的电器器械，提高电压Vs，降低电流Is。实际电路电压为5V左右，多使用降压式PWM转换器。例如，在需要30W左右的电力的个人电脑等中，使用15V，2A的电源。此时的负载电阻值RL的最小值为15/2＝7.5Ω左右。如果进一步提高电压Vs，降低电流Is，为30V，1A左右，则负载电阻值RL的最小值为30/1＝30Ω左右。大体估算，负载电阻RL最小值为2～50Ω左右。因此，为了将线圈的有效串联电阻引起的电力损失降低到受电电力的20％左右以下，将负载电阻RL的最小值记为Rm，则受电线圈的有效串联电阻Rw需要满足Rw×5≤Rm。即，对于交流电源输出频率fa，受电线圈的Rw小于0.4～10Ω。

根据实测，送电线圈侧电阻成分在上述实施形态中所在频率下小于负载电阻值RL，因此，如果将负载电阻RL的最小值记为Rm，优选的，和送电线圈，受电线圈一起，有效串联电阻Rw小于0.4～10Ω。

如果有效串联电阻Rw的上限被确定，则Rs，Rn通过实测求得。对于f1，优选有效串联电阻Rw小于0.4～10Ω。因此，实际线圈使用的频率下，Rs，Rn优选均为10Ω以下。

如果实际中如图2所示进行前述的电力传送，则由于送电线圈和受电线圈中流过的电流产生的磁力线贯通另一方线圈产生的涡流损失，导致损失发生，电力损失增加。如上所述，在实际进行电力传送式，图8中的R1，R2的值不明。因此，上述所述实际有效串联电阻值Rw同样受Rw≤(Tw-Ta)/(Ia²×θi)的规定，由受电侧机器使用条件决定。

(构成线圈的导线的说明)

图22A为示出图1所示线圈使用的其他导线的截面图。在图2A中，单导线12截面呈圆形，但是，图22A所示的例子中截面为椭圆形的单导线12a上涂敷绝缘被覆13a或者如图22B截面为多边形的单导线12b上涂敷绝缘被覆13b等也可以。该例中，作为绝缘被覆13a，13b，例如可以是匀称线这样厚度很薄但很强的被覆，或者如绞合线这样的很厚的被覆。

其中，在图22A和图22B中，表示最大外尺寸d1的线优选和卷曲有导线的面平行。本发明其他实施形态也一样。另外，在邻接导线密接的场合中，对于导线的接点来说，优选相对卷曲面确定导线截面的方向。

(截面呈伞形的线圈的例子的说明)

图23为将导线卷取成截面为伞形的线圈的截面图。在图2A所示的线圈1a中将导线11卷曲为平板空芯单层涡卷状，与之相对的，图23所示的线圈1b卷曲成截面呈伞形形成空芯单层涡卷状。

此时，图23的卷线宽度D1，内径D2满足2×D1+D2为导线的最大外形d1的25倍以上的条件。示出2个卷线宽度D1的线所成的角度θ优选设定在从180度到90度之间。其中，如图23所示，卷线宽度D1为内径D2的约1/4以下，并且在短路的线圈相对向时，在满足Rs＞Rw的场合，还可以呈θ近似为零的螺线管形状。

图24A，图24B为表示图23所示卷成截面呈伞形的线圈1b和图2A所示截面为平面型的线圈1a的磁场强度对比说明图。如图24B所示，图2A所示的线圈1a于平面位置的磁场强度中央部分变强，周边基本上是走弱的磁场强度。与之相对的，在图24A中示出的则是在卷曲成图23所示的截面伞形的线圈1b上下相反时的平面位置上的磁场强度。如图24A所示，卷曲成截面为伞形的线圈1b在线圈面上的整个面上，能够得到基本均匀的磁场强度。

另外，线圈1b也可以卷曲成截面描出波浪线的图形。

(绝缘材料上卷曲导线形成的线圈的例子的说明)

图25为将导线卷取在绝缘材料上形成的线圈的截面图。在该例子中，将图2A所示的线圈1a配置于绝缘材料5上，将绝缘树脂6涂敷在线圈1a的单导线11上。在该例子中，作为绝缘部件的绝缘树脂6封入导线11之间被固定，所以能够防止线圈1a的变形。可以用黏合剂代替绝缘树脂6将线圈1a固定在绝缘材料5上。通过如此构成，能够降低热电阻θi，能够抑制线圈发热。

具体的，将5mm左右的绝缘材料5设置于两线圈之间，从而保证1次侧和2次侧之间1万V左右的电位差一点都没问题。另外，因为使热电阻θi降低，能够降低线圈的发热，所以能够传送大电力。

(线圈的其他的实施例的说明)

图26A，图26B为示出该发明其他实施形态电力传送装置线圈的图。图26A为平面图。图26B为沿着图26A的线2B-2B的截面图。

在图26B所示的实施形态中，单导线12最大径d1为0.4mm以上的单导线12上涂敷绝缘被覆13成的导线11，被卷曲成平板空芯单层涡卷状，如图26B所示，在线圈1c的相邻各导线11之间，设置0.2mm以上空隙t而疏卷而成。在该例中，作为绝缘被覆13，可以为匀称单导线这样的厚度很薄但很强的被覆，或者如绞合线这样的很厚的被覆。另外，因为相邻导线11间设置空隙t，所以可以采用不涂敷绝缘被覆13的裸导线。在最大外径d1小于0.4mm时，设置t＝d1/2的空隙。另外，该实施形态和后述的其他的实施形态的导线一样，最大外径d1记为d。

在该实施形态中，线圈1c在将线圈外径记为D时，线圈外径D至少为单导线12的最大径d1的25倍以上，并且，导线11的卷取数为8圈以上。而且，线圈1c的自身电感至少为2μH以上，并以此作为需要满足的条件。

另外，将传送电力的频率中的线圈1c单体的有效串联电阻记为Rw(Ω)，使2个如图26所示线圈1c相对向，将相对向的一方线圈短路时另一方线圈的有效串联电阻记为Rs(Ω)，如果满足Rs＞Rw的最高频记为f1，则送电线圈方线圈或另一方线圈在小于f1的频率fd下被驱动。

进一步，将传送电力的频率中的相对向线圈的一方开放时的另一方线圈的有效串联电阻记为Rn(Ω)，如果满足Rs＞Rn≥Rw的最高频记为f2，则送电线圈方线圈或另一方线圈在小于f2的频率fd下被驱动。

进一步，在将线圈1c的热电阻取为θi(℃/W)、线圈1c的允许工作温度取为Tw(℃)，该线圈1c设置场所周围温度取为Ta(℃)，进行电力传送时，在流过该线圈1c的交流电流为Ia(A)时，满足Rw≤(Tw-Ta)/(Ia2×θi)的关系。

如图2B所示，在将单导线密接卷曲时，由流过导线的电流产生的磁力线φ贯通邻接导线，不但在邻接导线内产生涡流电流，而且由于涡流电流而使得导线中流动的电流受到影响，有效串联电阻Rw增加。在该实施形态中，通过设置空隙，如图26B所示，相邻接的一方导线流过的电流在导线附近产生的磁力线φ并未贯通相邻导线，通过磁力线φ贯通相邻导线，能够抑制邻接导线内产生的涡流损失。

因为涡流损失按照频率成比例增加，所以，通过在相邻导线间设置空隙，能够防止由于频率上升导致的有效串联电阻Rw增加。如果导线11的附近的磁力线φ很强，从导线11渐渐离开，则磁力线φ将急剧减弱，所以，稍微达的空隙也能具有效果。空隙的宽度可以广泛对应任意的尺寸，但是，如果空隙不稍留宽些，不能确保8圈的卷线圈数，线圈自身的电感也可能为2μH以下。

(线圈其他例子的说明)

图27A，图27B为示出本发明还一实施形态电力传送装置线圈的图。图27A为平面图，图27B为沿着图27A线3B-3B的放大截面图。

该实施形态中，线圈1d的外周部相邻导线11密接密卷，内周部相邻导线11以具有空隙的方式疏卷成平板空芯单层涡卷状。这样，如图27B所示，线圈1d的外周部设置的相邻导线间间隙宽度t1比线圈1d内周部设置的相邻导线间空隙的宽度t2小。

在该实施形态中，线圈1d在线圈的外径为D时，线圈外径D至少为单导线最大径d1的至少25倍以上，并且导线11的卷数为8圈以上，而且线圈1d的自身电感至少为2μH以上。

另外，将传送电力的频率中的线圈1d单体的有效串联电阻记为Rw(Ω)，使2个如图27所示线圈1d相对向，将相对向的一方线圈短路时另一方线圈的有效串联电阻记为Rs(Ω)，如果满足Rs＞Rw的最高频记为f1，则送电线圈方线圈或另一方线圈在小于f1的频率fd下被驱动。

进一步，将传送电力的频率中的相对向线圈的一方开放时的另一方线圈的有效串联电阻记为Rn(Ω)，如果满足Rs＞Rn≥Rw的最高频记为f2，则送电线圈方线圈或另一方线圈在小于f2的频率fd下被驱动。

进一步，在将线圈1d的热电阻取为θi(℃/W)、线圈1d的允许工作温度取为Tw(℃)，该线圈1d设置场所周围温度取为Ta(℃)，进行电力传送时，在流过该线圈1d的交流电流为Ia(A)时，满足Rw≤(Tw-Ta)/(Ia²×θi)的关系。

密卷线圈生成的磁力线密度外周部附近低内周部高，所以将外周部密卷而内周部疏卷，以构成线圈1d，这样，尽可能保持线圈面上的磁力线密度一定，能够减轻与线圈1d相对向的线圈的相对位置变动时的可传送电力的降低。因为内周部磁力线密度高，通过设置空隙，能够防止涡流电流损失。空隙的作用效果前面已经叙述。

上述实施形态的线圈因为在宽频率范围内有效串联电阻Rw低，满足Rs＞Rn≥Rw的最高频f2高，电力传送性能好。

图28为本发明还一实施形态电力传送装置的线圈用导线的一例的裸单导线集合体截面图。上述实施形态中，作为导线11，在单导线12上涂敷绝缘被覆13，与之相对的，该实施形态中，如图28所示，可以采用将最大径d2为0.3mm以下的裸单导线14的集合体用绝缘被覆13c覆盖而成的所谓的称之为绞合线的导线11c。裸单导线14优选不被缩捻。

裸单导线的集合体仅仅为裸单导线的集合，如果不被缩捻，该集合体不能保持作为电线的形状。避雷针的接地线称为缩捻线，将多根裸单导线以单方向一定间距进行缩捻，随机缩捻，以降低有效串联电阻。

另外，如果对多根裸单导线14的集合体施加强的缩捻间距，则裸单导线14彼此密接，图28的导体截面因为和图2B的单导线12相同，所以表观效果和涡流损失的影响不能降低。其中，参照采用1mm单导线形成的线圈1E，将后述，使用裸单导线的集合体作为形成线圈的导线，在导线间设置空隙进行卷曲的场合中，进行适当的缩捻对于高频特性来说是有利的。实际中卷曲乙烯线而成的线圈基本上在1MHz以上的频率带域，满足Rs＞Rn≥Rw的关系。

作为卷曲方法，如图2A所示，可适用将邻接导线11密接卷曲的方法，如图26A所示，可适用在邻接导线11间设置空隙并卷曲的方法。通过卷曲成平板空芯单层涡卷状以形成线圈。另外，在将导线11c密接卷曲时，邻接导线之间有绝缘被覆13c可以设置空隙，和图26A的实施形态一样，通过设置空隙，如图26B所示，相邻接的一方导线流过的电流在导线附近产生的磁力线φ并未贯通相邻导线，通过磁力线φ贯通相邻导线，能够抑制邻接导线内产生的涡流损失，并且，防止由于涡流电流而对导线中流过的电流产生影响，能够降低有效串联电阻的增加。另外，还能够降低表观效果的影响。

上述实施形态的线圈因为在宽频率范围内有效串联电阻Rw低，满足Rs＞Rn≥Rw的最高频f2高，电力传送性能好。

(导体内部具有绝缘层的线圈的例子的说明)

图29A，图29B为示出本发明还一实施形态线圈在形成时导线内部具有绝缘层的电力传送装置的线圈的图。图29A为平面图，图29B为沿着图29A线4B-4B的放大截面图。图30A和图30B为图29B示出的线圈用导线的截面图。

该实施形态中，图30B所示的单导线15将聚氨酯等透明树脂作为绝缘被覆16进行涂敷，例如，将具有图30A截面结构的导线8的集合体导线即11d(统称为绞合线)作为形成线圈的导线用。

在图30A所示的导线11d中，导体15的截面积和绝缘被覆16的截面积的比率因为由导线线径和导线内部的导体分割数等决定，所以不能一概而论，导线11d由分别涂敷了绝缘被覆16的例如7根单导线8的集合体构成。单导线8除了绝缘被覆16之外的导体15的最大径记为d4，则d4小于0.3mm，绝缘被覆的厚度α优选为(d4)/30以上。另外，由于绝缘被覆16之外的空气层也为绝缘体层，所以，如图30A所示，画出的是含7根单导线8的集合体的最小的圆，考虑与该圆内接的正六边形，则如果对正六边形的面积和线径d4的导体15的7根的合计截面积进行计算，导线截面中的绝缘体层的比率含空气层在内约11％。

线圈1e通过如图29A所示，在由绝缘树脂形成的线轴7上，如图29B所示多层密接卷曲导线11d而成。线圈1e在线圈外径记为D，线圈外径D至少为绞合线11d的最大径d3的至少25倍以上，并且导线11d的卷数为8圈以上，线圈1e的自身电感至少为2μH以上。

另外，将传送电力的频率中的线圈1e单体的有效串联电阻记为Rw(Ω)，使2个如图29所示线圈1e相对向，将相对向的一方线圈短路时另一方线圈的有效串联电阻记为Rs(Ω)，如果满足Rs＞Rw的最高频记为f1，则送电线圈方线圈或另一方线圈在小于f1的频率fd下被驱动。

进一步，将传送电力的频率中的相对向线圈的一方开放时的另一方线圈的有效串联电阻记为Rn(Ω)，如果满足Rs＞Rn≥Rw的最高频记为f2，则送电线圈方线圈或另一方线圈在小于f2的频率fd下被驱动。

进一步，在将线圈1e的热电阻取为θi(℃/W)、线圈1e的允许工作温度取为Tw(℃)，该线圈1e设置场所周围温度取为Ta(℃)，进行电力传送时，在流过该线圈1e的交流电流为Ia(A)时，对于fd，满足Rw≤(Tw-Ta)/(Ia²×θi)的关系。

在图29A所示的实施形态中，将由图30A所示的多根单导线8的集合体形成的导线11d多层密接卷曲在线轴7上，但是，并非仅限于此，也可以采取，如图2A所示的单层密接卷曲，如图26A所示的单层疏卷，如图27A所示的在外周部邻接的导线密接密卷，在内周部邻接的导线以具有空隙的方式疏卷。

上述实施形态的线圈，因为在宽频率范围内有效串联电阻Rw低，满足Rs＞Rn≥Rw的最高频f2高，电力传送性能好。另外，在本实施形态中，也可以是，捻取数根绞合线，缩捻成1根缩捻线，进一步，将多根缩捻线进一步集中起来缩捻，形成粗电线。

这里，参照线圈1F，线圈1G，对Rs＞Rn≥Rw的规定相关的详细的作用效果进行说明。

绞合线是将构成绞合线的各匀称线的自身电感La，Lb…并列连接，具有图31那样的等价电路的绞合线。即使将绞合线以设置空隙的方式卷成平板单层涡卷状，也未必能够改善线圈单体的有效串联电阻Rw的频率特性，相反，因为线圈单体自身电感很低，所以，绞合线需要考虑其由于各匀称线间和导线间的互感，形成线圈时的自感会发生变化。换言之，绞合方式或捻缩间距，卷曲方式(密接卷曲，疏卷，多层卷曲)，或者匝数及外形等都会使得线圈形成时特性发生变化。

(导线结构说明)

图32，图33，图34，图35A～图35C为示出本发明其他实施形态中构成电力传送装置的线圈的导线的结构的图。

图32示出了管状导体17内填充绝缘材料18的图，管内存在空洞时，防止管子折曲，不能弯曲加工。由于管子的材质和管子的厚度因素，在管子自身具有可挠性时，管内也可以存在空洞。

图33为在绝缘材料19上进行分割形成导体20的一个例子。

图34为在绝缘材料21上进行分割形成导体22，在绝缘材料21内部也形成导体23的一个例子。

图35A～图35C为重叠箔状导体和绝缘材料，截面呈螺旋状，以导体和绝缘体交互存在的方式形成的导线的图。即如图35A所示，积层箔状导体24和绝缘材料25，如图35B所示，卷曲积层的箔状导体24和绝缘材料，如图35C所示，形成截面呈螺旋状的导线。

图32～图34在构成导线的单导线的周围具有导体层，无论在导体层上具有绝缘被覆，还是不进行涂敷，均适合本发明实施形态，均可以。

如上所述，图32～图34中，在形成线圈的导体内部具有绝缘层的实施形态中，在绝缘材料将绝缘层设置在导线内部的同时，使导线具有可挠性，容易进行导线的弯曲加工。

另外，在图30A所示的单导线捆束形成的导线内存在的空气层也成为绝缘材料，在图30A，图32～图34所示的导线卷成多层卷的场合，存在于线圈截面的空气层也成为绝缘材料。

在图30A，图32～图34所示的实施形态中，可以使构成导线的导体的表面积增加，贯通导体的磁力线产生的涡流损失按照导体的体积成比例增加。因此，因为能够使得存在于贯通导线内导体的磁力线路径中的导体体积减少，所以，能够防止由于表观效果和涡流损失导致的有效串联电阻Rw增加。

如图30A，图32～图34所示的实施形态只不过是将构成导线的导体分割，在导线内部设置绝缘层的一个例子而已，可以存在其他未言及的实施形态。

上述各线圈不但可以用作1次侧线圈和2次侧线圈可分离的电力装置中的送电线圈和受电线圈，而且还可以用作2个不能分离线圈做成的变压器(变成器)中。

上述各实施形态所示线圈无需将各实施形态的线圈使用同一线圈以作为1次侧线圈，2次侧线圈，例如，对于图2A实施形态所示的线圈1a，将匝数和外形不同的线圈用作为1次侧线圈，2次侧线圈。或者，还可以组合使用图2A实施形态所示的线圈1a，和图24A实施形态线圈1c。通过这种结构，可以任意设定卷线比。所以，可以实现能够升压，降压的，使用了线圈的电力传送机构。

此时，对于Rw，对各线圈单体进行测量，对于Rn，Rs，使两线圈相对向，对各线圈进行测量，确认是否满足Rs＞Rw，Rs＞Rn≥Rw的关系。对于1次侧，2次侧各线圈，通过考虑Rw，Rn，Rs的频率特性，能够预测两线圈组合使用时电力传送性能。

或者，还可以做成不同种类线圈，对于各线圈，使同一线圈相对向，在测量Rw，Rn，Rs的频率特性之后，组合使用特性好的线圈。在组合之后，对于1次侧线圈，2次侧线圈，优选进一步测量Rw，Rn，Rs的频率特性。

另外，对于线圈，为了遮蔽磁力线的目的，使磁性板材和金属板材近接，此时，通常来讲，磁性板材和金属板材近接会使得线圈的电力传送性能变差。例如，图25，图26A实施形态，或者，在图30A的导线卷曲成平板空芯单层涡卷状的线圈的相对面的相反侧设置磁性材料板，金属板的场合等。或者，在图29A的实施形态中，在线轴状内径空洞内，装备透磁率低的磁性材料，或者在空洞中装备圆筒状金属环等等。甚至，在图26A的实施形态中，以将2块具有线圈外径D的5分之一左右以下的宽度的金属板设呈十字的方式固定在绝缘板上的场合等。

即使在这样的各种的场合中，存在在某频率范围下，满足Rs＞Rw，或者Rs＞Rn≥Rw条件的情况，但是，对于这样的结构，磁性材料，金属板等不能决定本发明实施形态线圈本体性能，线圈实质上可以认为是空芯结构。

本发明实施形态线圈电力传送性能高，线圈生成磁场强度强。因此，如特开平JP11-97263号公报第0008段记载，为了遮蔽机器的电子部件的磁场，在线圈相对面的相反侧，装备磁性材料或金属板等，此时，其目的不在改善线圈电力传送性能，只不过装备作为磁遮蔽材料而已。

在这种场合中，并非1个结构构成发明，而是以该发明为基础，旨在产生别的作用效果。即，该发明并非以对实施形态中的线圈的特性和性能的改善为目的，在磁性材料和金属材料接近本发明的实施形态中线圈时等等情形下，线圈的电力传送性能本身并没有因线圈的结构和作用效果不同而不同，线圈可以认为是空芯的，其包含于本发明的实施形态的范围之中。即使提高电感，有效串联电阻Rw增加，性能也不能得到改善，上述该发明实施形态中的线圈特性中，如果某1个特性变差，性能就得不到改善。

在本发明的实施形态中，形成导线的导体的材质不做特别规定，但是，本实施形态中所述各线圈所有导体均采用铜。尽管作为导体优选使用比电阻小的铜，但是，也可以采用比电阻小的其他金属或者合金作为导体。

另外，对于上述说明的各线圈的有效串联电阻及电感的测定，一直测定到1MHz，采用阿兹兰托(アヅレント)会社的LCR测量仪，使用4284A，测定1～10MHz，采用休来特帕卡德(ヒュ一レットパツカ一ド)会社的LCR测量仪，使用4275A进行测定。另外，因为1～10MHz的测量仅仅只能测量1，2，4，10MHz的各点，所以，在4MHz，满足Rs＞Rw，在10MHz，不满足Rs＞Rw时，通过插值，推定满足Rs＞Rw的最高频率f1。

(实施例的效果说明)

这样，根据本发明实施形态，在将其中一方的线圈单体的有效串联电阻记为Rw，将与该线圈相对向的另一线圈短路时的前者线圈的有效串联电阻记为Rs，将满足Rs＞Rw时最高频率记为f1，通过使用f1高的线圈，将小于f1的频率下交流电源输出频率取为fa，相比现有技术可以提高电力传送性能。

而且，在开放与其中一个线圈相对向的另一线圈时，将前者线圈有效串联电阻记为Rn(Ω)，通过参考Rw，Rn，Rs的频率特性，能够实现选择宽频率范围下有效串联电阻Rw小，Q高，电力传送性能号的线圈，在连接负载电阻的2次侧线圈和1次侧线圈相对向时的1次测线圈两端的电抗X和纯电阻R的比，X/R和施加于线圈的交流电压和交流电流的相位差φ非常小，功率因数cosφ非常大，并且，通过在有效串联电阻Rw小的频率附近使用线圈，可以具有良好的空间因子，具有高的电力传送性能，可使用于高频的电力传送装置的线圈，因此，由于能够降低电力传送时的无效电力，表观电力，所以线圈的有效串联电阻的电力损失也得到降低。

进一步，通过规定其中一方线圈单体有效串联电阻Rw(Ω)，和流过该线圈的电流Ia(A)的热条件，从而能够规定该线圈的电流Ia的上限，或者决定该线圈的有效串联电阻的匝数的上限，或者有效串联电阻Rw小的频率区域。

另外，在使用0.3mm以下的裸单导线的集合体的场合，通过抑制由于表观效果和涡流损失导致的有效串联电阻增加，电力传送性能得到提高。

进一步，通过在构成线圈的导线内部设置绝缘体，减少存在于贯通导线中的磁力线路径的导体体积，从而能够抑制由于表观效果和涡流损失导致的有效串联电阻增加。绝缘材料在导线内部设置绝缘层的同时，可以使导线具有可挠性，导线弯曲加工变容易。

或者，通过测量Rw，Rs，Rn的频率特性，从而能够规定电力传送中最佳频率范围，或者，即使实际中不进行电力传送试验，也能够预测电力传送性能。

通过使用这样的线圈，能够以高频传送大电力。即，在使用未装备磁性材料的线圈时，即使结合系数未0.9左右以下的疏结合状态下，也能够确保电力传送性能。具体的，功率因数在75％以上时，实际电力传送效率可以高达85％以上，对2次侧连接的10Ω的无介电负载电阻也能够传送25W以上的电力。

并且，该实施形态的线圈至少装入送电部或受电部其中一方，将送电部交流电源Va的输出频率fa设定为小于f1，f2的频率传送电力，这样，如上所述，能够实现比现有技术性能号的电力传送装置，电力传送装置的送电装置，电力传送装置的受电装置。

另外，通过将该实施形态的线圈至少装入送电部或受电部其中一方，在小于f1的频率区域驱动送电线圈，从而能够得到一种电力传送性能号的电力传送装置的操作方法，通过求得f1，f2，对于具有各种结构的电力传送装置的线圈，能够比较选择电力传送性能号的线圈。

以上参照附图对本发明实施形态进行了说明，但是本发明并不限于图示的实施形态之中。对图示的实施形态，在和本发明相同的范围内，或者等同的范围内，可以进行各种修正和变形。

产业上的利用可能性

本发明的电力传送装置、电力传送装置的送电装置和受电装置、以及电力传送装置的操作方法，可利用于无需利用电线或机械接点，从送电部到受电部传送受电部所需要的电力的解决方案。

Claims (18)

1.电力传送装置，送电部和受电部可分离，

由至少含有用于输送交流电的送电线圈的送电部、

负载RL、和至少含有受电线圈的受电部构成，

上述送电线圈和上述受电线圈相对向，将电力从上述送电部传送到上述受电部，其特征在于，

在上述相对向的线圈内，将其中一方的线圈单体的有效串联电阻记为Rw(Ω)，将与该线圈相对向的另一线圈短路时的前者线圈的有效串联电阻记为Rs(Ω)，

将前者线圈在满足Rs＞Rw的最高频率记为f1(Hz)时，

以使上述f1大于100kHz的方式，选择前者线圈和后者线圈，

将驱动前者线圈的频率设定为小于f1的频率。

2.如权利要求1所述电力传送装置，其中，

进一步含有将直流电转换成交流电的电力转换机构，

在将上述电力转换机构的输出频率取为fa(Hz)时，

设定上述fa为小于上述f1的频率。

3.如权利要求2所述电力传送装置，其中，

进一步，在开放与其中一个线圈相对向的另一线圈时，将前者线圈有效串联电阻记为Rn(Ω)，

将满足Rs＞Rn≥Rw的最高频率记为f2(Hz)时，

设定上述fa为小于上述f2的频率。

4.如权利要求2所述电力传送装置，其中，

进一步将其中一方的线圈的热电阻取为θi(℃/W)、

将该线圈的允许工作温度取为Tw(℃)，

将该线圈设置场所周围温度取为Ta(℃)，

在进行电力传送时，在流过该线圈的交流电流为Ia(A)时，

对于上述fa，该线圈满足Rw≤(Tw-Ta)/(Ia²×θi)的关系，从而将电力从送电部传送到受电部。

5.如权利要求1所述电力传送装置，其中，

在上述相对向的线圈内，形成至少一方的线圈的导线为进行绝缘被覆的单导线，

上述至少一方线圈是通过将上述单导线密接卷曲成单层或多层涡卷状而构成，

上述单导线的导体单体的最大径为d1、上述至少一方的线圈的外径为D时，

上述至少一方的线圈外径D为最大径d1的至少25倍以上，并且导线的卷数为规定匝数以上，

上述至少一方的线圈的自身电感至少为2μH以上。

6.如权利要求1所述电力传送装置，其中，

对于上述相对向的线圈，至少一方线圈含多根导线，各导线通过在选择最大径为0.3mm以下的多根裸单导线的集合体上进行绝缘被覆而形成，

上述至少一方线圈通过将在多根裸单导线的集合体上进行绝缘被覆之后的导线，密接卷曲成单层或多层涡卷状而构成，

在上述多根裸单导线的集合体的最大径为d2，上述至少一方的线圈外径为D时，

上述至少一方的线圈外径D为最大径d2的至少25倍以上，

并且上述导线的卷数为规定匝数以上，

上述至少一方的线圈的自身电感至少为2μH以上。

7.如权利要求1所述电力传送装置，其中，

对于上述相对向的线圈，对在形成至少一方线圈的导线，在上述导线内部设置绝缘体层，

上述绝缘体层的截面积为导线整体截面积的11％以上，

上述至少一方的线圈通过将设置有上述绝缘体层的导线密接卷曲成单层或多层涡卷状而构成，

设置有上述绝缘体层的导线最大径d3在上述至少一方的线圈外径记为D时，

上述至少一方的线圈外径D为最大径d3的至少25倍以上，并且导线的卷数为规定匝数以上，至少一方的线圈的自身电感至少为2μH以上。

8.如权利要求7所述电力传送装置，其中，

上述导线分别由进行绝缘被覆的多根单导线的集合体构成，并且，在单导线中的导体的最大径为d4时，

d4为0.3mm以下，绝缘被覆的厚度t选择为(d4)/30以上。

9.如权利要求1所述电力传送装置，其中，

上述相对向的线圈中，至少一方线圈构成为将导线卷曲成平面单层涡卷状，

在上述导线的最大径d为0.4mm以上时，在邻接导线的导体之间，设置0.2mm以上空隙，

在上述导线的最大径d为0.4mm以下时，在邻接导线的导体之间，设置d/2mm以上空隙。

10.如权利要求1所述电力传送装置，其中，

上述相对向的线圈中，至少一方的线圈通过将导线卷曲为平面单层涡卷状而构成，

将上述至少一方的线圈的最外周部的设置于邻接的各导线的各导体间的空隙的宽度记为t1，

将上述至少一方的线圈的最内周部的设置于邻接的各导线的各导体间的空隙的宽度记为t2，

如果t2＞t1＞0，随着从最外周向内周的进行，空隙的宽度增加，最内周部的设置于邻接的各导线的各导体间的空隙的宽度t2至少为0.2mm以上。

11.如权利要求10所述电力传送装置，其中，

上述至少一方线圈在导线外周部具有绝缘层，

上述至少一方线圈最外周部的邻接的各导线的各导体间通过绝缘层密接。

12.如权利要求1所述电力传送装置，其中，

送电线圈或受电线圈至少一方线圈形成于绝缘板或绝缘材料内至少一方上。

13.电力传送装置，将如权利要求1所述电力传送装置的线圈使用作为送电线圈或受电线圈的至少一方线圈，两线圈不能分离。

14.含上述权利要求2记载的电力传送装置的送电部的送电装置，上述送电部含上述其中一方的线圈，将上述fa设定为小于f1的频率。

15.含上述权利要求2记载的电力传送装置的受电部的受电装置，上述受电部含有上述一方线圈，

从上述fa设定为小于上述f1的频率的上述送电部接受电力。

16.送电部线圈和受电部线圈相对向、从上述送电部向上述受电部传送电力的电力传送装置的操作方法，其中，

将上述相对向的线圈中其中一方的线圈单体的有效串联电阻设定为Rw(Ω)，

在该线圈和与之相对向的另一方线圈短路连接时，将该线圈的有效串联电阻设为Rs(Ω)，

将满足Rs＞Rw的最高频率记为f1(Hz)，

将驱动上述送电线圈的频率记为fd(Hz)，

在上述f1大于100kHz时，选择上述其中一方线圈和上述另一方线圈，

将上述fd设定为小于上述f1的频率。

17.如权利要求16所述电力传送装置的操作方法，

进一步，在与上述其中一方线圈相对向的另一方线圈开放时，将前者线圈有效串联电阻记为Rn(Ω)，

将满足Rs＞Rn≥Rw的最高频率记为f2(Hz)，此时，

将上述fd设定为小于上述f2的频率，以从上述送电部传送电力。

18.如权利要求16所述电力传送装置的操作方法，

进一步，将其中一方的线圈的热电阻取为θi(℃/W)、

将该线圈的允许工作温度取为Tw(℃)，

将该线圈设置场所周围温度取为Ta(℃)，

在进行电力传送时，在流过该线圈的交流电流为Ia(A)时，

对于fd，该线圈满足Rw≤(Tw-Ta)/(Ia²×θi)的关系。

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