JP2003115415A - 非接触給電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】非接触給電装置において、トランス１次側とト
ランス２次側間のギャップ幅が大きい場合でも高い結合
率を有し、かつ位置変動に対して極めて安定な特性をも
つ非接触給電用トランスを提供する。 【解決手段】トランスのコイルを重畳して巻き、重畳し
て巻いたコイルがギャップ部分からトランス外部に漏れ
る磁束を吸収し、結合率を向上する。さらに、トランス
のコア形状をＣＩ型にして、トランス１次側とトランス
２次側間に位置変動が生じもトランス特性を安定させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非接触給電装置に
おける非接触給電用トランスに関する。

【０００２】

【従来の技術】非接触給電装置においては、充電装置か
ら給電トランスを介して電力を供給する。この場合の給
電トランスにおいて、トランス１次側、すなわち充電装
置側とトランス２次側、すなわち負荷側との間のギャッ
プ幅が大きい場合には、漏れ磁束が増大し、トランスの
結合率は低下する。ここで、結合率とは、トランスの１
次側−２次側間の磁気結合の度合いを示すものである。
結合率が低い場合、すなわち漏れ磁束が多い場合には、
誘導作用により周辺部品を発熱させる恐れがある上、電
磁ノイズとして周辺機器に悪影響を与える恐れがある。

【０００３】図３は、一般的なＵ型コア、すなわち２つ
の脚部とそれらを結合する胴体部により構成される形状
のコアの胴体部にコイル巻線を施したトランスでの、２
次元断面の磁束分布の解析結果である。このトランスで
は、比較的大きなギャップ幅がある。またこの解析は、
無負荷の条件で１次側コイルに電圧を印加した場合の磁
束分布を解析している。さらに、磁束分布は、発生する
磁束の最大値と最小値を５０分割したものを表記してい
る。これは以下に示す解析結果でも同様である。図３に
示すように、磁路長に対してギャップ幅が大きい場合に
は、トランス外部に漏れる磁束が極めて多い。

【０００４】これを解決する方法として、特開平８−３
７１２１号公報には、Ｕ型トランスの脚部に巻線を配置
して、トランスの電源側と負荷側が装着した場合の磁気
結合を向上する方法を記載している。図４は、従来技術
の構造における磁束分布の解析結果であって、ギャップ
幅は図３と同じである。図４より、Ｕ型トランスの脚部
に巻線を配置することによって漏れ磁束が低減してい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図４より、従来技術の
方法によって漏れ磁束は減少しているものの、まだ少な
からず存在していることがわかる。このため、誘導作用
による発熱の問題や、電磁ノイズ等の悪影響の問題は解
決できない。しかも、上記のような損失が発生するた
め、システムの効率は低下し、電源や充電装置は大型化
する。

【０００６】また、従来技術の構成では、ギャップ幅の
方向にトランスの位置変動が生じた場合、トランスの特
性は著しく変動する。これは、トランスの特性が、ギャ
ップ幅の大きさに依存するためである。つまり、位置変
動によりギャップ幅が増大するほどトランスの漏れイン
ダクタンスは増大する。このようなトランス特性の変動
が生じると、非接触給電システムの制御は極めて困難に
なる。

【０００７】本発明の目的は、非接触給電装置におい
て、トランス１次側とトランス２次側間のギャップ幅が
大きい場合でも高結合率を有し、かつ位置変動に対して
極めて安定な特性をもつ非接触給電用トランスを提供す
ることである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決する手
段として、トランスのコイルを重畳して巻く構成にす
る。図５に、Ｕ型コアの端部に巻線を重畳して巻いた場
合の磁束分布の解析結果を示す。なお、図５のギャップ
幅は図３，図４の場合と同じにしている。図５より、重
畳して巻いたコイルはギャップ部分からトランス外部に
漏れる磁束を吸収していることがわかる。これにより、
漏れ磁束を低減することが可能になり、結合率を向上で
きる。

【０００９】さらに、トランスの形状をＣＩ型にするこ
とにより、位置変動が生じた場合でもトランス特性を安
定させることが可能なトランスを実現できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。

【００１１】（実施例１）図１は本発明の実施例のトラ
ンスの構成を説明する模式図であり、符号１１は１次側
コイル、１２は２次側コイル、２１は１次側コア、２２
は２次側コアを示す。また、図２は、図１を矢印の方向
から見た矢視図である。トランス１次側は、１次側コイ
ル１１と１次側コア２１とにより構成されており、トラ
ンス２次側は、２次側コイル１２と、２次側コア２２と
により構成されている。また、１次側コイル１１と２次
側コイル１２とは、それぞれのコイルの端部に位置し、
コイル巻線を重畳して巻いている。

【００１２】本実施例では、１次側コア２１および２次
側コア２２の形状が、それぞれアルファベットの
“Ｉ”，“Ｃ”に似ていることから以後ＣＩ型トランス
と呼ぶ。２次側コア２２は、アルファベットの“Ｃ”の
ように曲線状に構成される必要はなく、図１のように角
張った形状であっても良い。

【００１３】１次側コア２１，２次側コア２２共に材料
は、フェライト等の磁性体である。１次側コア２１は、
一体型形成のフェライトだけでなく、直線状のフェライ
トを接着剤等により接着した構成でも良い。一般には、
接着したコアは接着面で微小なギャップが生じるため、
一体型形成のものよりも磁気抵抗が高くなるが、本実施
例の場合は、接着面で生じるギャップよりも、トランス
１次側とトランス２次側の間のギャップの方が、はるか
に大きいため、接着により生じるトランス特性の変化は
無視できる。

【００１４】図６に、本実施例のトランスの磁束分布の
解析結果を示す。図６では、トランス１次側とトランス
２次側間のギャップ幅を、図３，図４，図５と同じ条件
で解析している。図６に示すように、トランス１次側で
発生した磁束の大部分はトランス２次側に伝達し、漏れ
磁束はほとんど発生していない。本実施例の構成によ
り、結合率を向上できる。

【００１５】また、本実施例は、トランスの位置変動が
生じても、安定したトランス特性を維持する。図１で
は、トランス２次側の端面同士が対向する位置にあり、
トランス１次側はトランス２次側の端面の間、すなわち
２次側の端面で挟まれる位置にある。さらに、給電時に
は、トランス１次側の端面とトランス２次側の端面は同
一直線状に位置する。言い換えるとトランス１次側コイ
ルの中心線と２次側コイルの中心線とが同一直線上に位
置するような構成であるため、トランス１次側がギャッ
プ幅方向に変位した場合でも、ギャップ幅の総和が同じ
である。このため、トランス特性はほぼ一定値を保つ。
ギャップ幅方向に対して垂直に変位した場合であって
も、コイルを重畳して巻いてあるので、トランス外部に
漏れる磁束をコイルで吸収でき、安定したトランス特性
を維持できる。

【００１６】次に、本実施例のコイル構成を詳しく説明
する。図７は図１の矢印方向からトランス１次側を見た
図であり、符号１１１は１次側コイルのコイル枠、１１
２はコイル巻線、１１３はコイル枠の固定具である。コ
イル巻線１１２の材料は、ホルマル銅線やリッツ線等の
導体である。また、コイル枠１１１の材料は、エポキシ
樹脂やアクリル樹脂等の絶縁物、或いは、コイル巻線１
１２よりも体積抵抗率が高い材質である。なお、図７
は、トランス１次側を示すが、トランス２次側のコイル
構成も図７と同様である。

【００１７】コイル巻線１１２は１次側コア２１の外周
を円盤状に重畳して巻いている。コイルとして機能させ
るためには、コイル巻線１１２の両端は外部に引き出さ
れる必要がある。しかし、円盤状に重畳して巻く場合に
は、内側に位置するコイル巻線１１２の端部を外部に引
き出すことは極めて困難である。しかも、外部に引き出
す場合には、重畳して巻いている巻線に密に接すること
なり、巻線の被覆が剥れ、短絡する恐れもある。そこ
で、図７では、コイル巻線１１２の一端はコイル枠１１
１の中央付近に設けた巻線引出し穴１１４を通してコイ
ル外部に引き出し、短絡を防ぎ、巻線を施しやすくして
いる。

【００１８】コイル枠の固定具１１３は、円盤状に巻い
たコイル巻線１１２の外側に位置し、コイル枠１１１を
固定している。このコイル枠の固定具１１３は、コイル
巻線１１２が解れにくくすることも目的としている。す
なわち、コイル巻線１１２が解れる方向に張力が生じて
も、コイル巻線１１２はコイル枠の固定具１１３に掛か
ることにより、解れを防止する。

【００１９】図８は、図７の矢視図である。コイル巻線
１１２の両側からコイル枠１１１で固定しており、コイ
ル巻線１１２が解れないようにしている。さらに、コイ
ル枠１１１は、コイル枠の固定具１１３で固定すること
により、強度を増加している。しかも、このコイル枠の
固定具１１３は、コイル巻線が周方向の解れも防止して
いる。

【００２０】図９は、図８の点線部の拡大図である。漏
れ磁束を低減させるために、コイル巻線１１２を重畳し
て巻いているが、必ずしも１重巻きである必要はない。
つまり、図９において、コイルの重畳方向の長さＬがコ
イル幅Ｗよりも大きければよい。ただし、（Ｌ／Ｗ）の
比が大きいほうが漏れ磁束の抑制効果が大きい。

【００２１】（実施例２）図１０に本実施例を示す。図
１１は図１０の矢視図である。本実施例では図１０，図
１１に示すように、コイル巻線１１２を固定するために
新たにコイル枠１１５を取り付けている他は実施例１と
同様である。本実施例ではコイル枠115を取り付けてい
ることによりトランス１次側のコイル巻線１１２がトラ
ンス２次側に接触することを防止する。

【００２２】（実施例３）図１２と図５とに本実施例を
示す。本実施例では、一般的なＵ型コアを使用できるた
め、製作が容易であって、製造コストが低減できる。

【００２３】以上、本発明の実施の形態を説明したが、
本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、そ
の要旨を変更しない範囲内で様々変形して実施できるこ
とは言うまでもない。

【００２４】

【発明の効果】本発明の非接触給電装置によれば、トラ
ンス１次側とトランス２次側間のギャップ幅が大きい場
合においても高い結合率を有し、かつ位置変動に対して
も安定な特性をもつ非接触給電用トランスを実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の構成図である。

【図２】図１の矢視図である。

【図３】Ｕ型コアの胴体部分に巻線を配置した従来技術
の解析結果である。

【図４】別の従来技術の解析結果である。

【図５】実施例３のＵ型コアの端部に巻線を重畳して巻
いた場合の解析結果である。

【図６】実施例１のＣＩ型トランスの解析結果である。

【図７】実施例１のトランスの１次側を図１の矢印方向
から見た図である。

【図８】図７の矢視図である。

【図９】図８中の点線部分の拡大図である。

【図１０】実施例２のトランスの構成図である。

【図１１】図１０の矢視図である。

【図１２】実施例３の構成図である。

【符号の説明】

１１…１次側コイル、１２…２次側コイル、２１…１次
側コア、２２…２次側コア、１１１…１次側コイルのコ
イル枠、１１２…１次側コイルの巻線、１１３…コイル
枠の固定具、１１４…巻線引出し穴、１１５…コイル
枠。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】１次側コアと１次側コイルを備えたトラン
   ス１次側と、２次側コアと２次側コイルを備えたトラン
   ス２次側とを有する給電用トランスを備えた非接触給電
   装置において、 前記１次側コイルと、前記２次側コイルの巻線は重畳し
   て巻回したことを特徴とする非接触給電装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の非接触給電装置におい
   て、前記１次側コイルと前記２次側コイルとは、それぞ
   れが、１次側コアおよび２次側コアが対向する端部に位
   置することを特徴とする非接触給電装置。
3. 【請求項３】請求項２に記載の非接触給電装置におい
   て、前記トランス１次側の端面と、前記トランス２次側
   の端面とは同一直線状に位置することを特徴とする非接
   触給電装置。
4. 【請求項４】請求項１に記載の非接触給電装置におい
   て、前記１次側コイルと前記２次側コイルとは、それぞ
   れが、コイル巻線と、絶縁物或いは高抵抗率の材質から
   なるコイル枠とを有し、前記コイル巻線を円盤状に重畳
   して巻回し、該コイル巻線の円盤状の面にほぼ平行にコ
   イル枠を配置することを特徴とする非接触給電装置。
5. 【請求項５】請求項４に記載の非接触給電装置におい
   て、前記円盤状に重畳したコイル巻線の半径方向の外側
   に、前記コイル枠を固定する部材を備えることを特徴と
   する非接触給電装置。
6. 【請求項６】請求項４に記載の非接触給電装置におい
   て、前記コイル枠の中央部付近に巻線引出し穴を有し、
   前記コイル巻線の一端が前記巻線引出し穴を通ってコイ
   ル外部に引き出されていることを特徴とする非接触給電
   装置。
7. 【請求項７】請求項６に記載の非接触給電装置におい
   て、前記巻線引出し穴から引き出されたコイル巻線の一
   端が、コイル巻線が通る引き出し穴を有するコイル枠
   と、前記コイル枠と平行であり且つ引き出されるコイル
   巻線側に位置する別のコイル枠との間を通ってコイル外
   部に引き出されたことを特徴とする非接触給電装置。
8. 【請求項８】請求項１に記載の非接触給電装置におい
   て、前記コイル巻線はコアと平行方向の長さよりも垂直
   方向の長さを長く重畳して巻回したことを特徴とする非
   接触給電装置。