JP2007324532A - 電力伝送方法、電力伝送装置のコイルの選別方法および使用方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 最大径がd1の単導線12に絶縁被覆13を施して導線11を平板空芯単層渦巻き状で、隣接する導線11同士が密接するように巻回して空芯コイル1aを構成する。空芯コイル1aのコイル外径をDとしたとき、少なくともコイル外径Dが単導線12の最大径d1の25倍以上であり、かつ導線11の巻き数が8以上になるように構成し、空芯コイル1aの自己インダクタンスが少なくとも2μH以上であって、伝送する交流電力の周波数における、前記コイル単体の複素インピーダンスの実数成分(純抵抗成分、実効直列抵抗)をRw(Ω)、伝送する交流電力の周波数における、前記コイルに対向するコイルを短絡したときの、前記コイルの複素インピーダンスの実数成分(純抵抗成分、実効直列抵抗)をRs(Ω)としたときに、Rs>Rw、を満足する。
【選択図】図1
Description
に関する。
V2=jωM・I1+jωL2・I2…(2)
V2=−RL・I2…(3)
求めたいのは、Z1=V1/I1、であるので、上記の3つの連立方程式から、V2、I2を消去すればよい。上記の連立方程式の(3)式を(2)式に代入し、V2を消去すると、
0=jωM・I1+(jωL2+RL)I2
となり、上式をI2について解き、上記連立方程式の(1)式に代入し、I2を消去すると、
V1=(jωL1+ω2M2/(jωL2+RL))I1
となり、Z1=V1/I1、であるので、上式より、Z1は、
Z1=jωL1+ω2M2/(jωL2+RL)
となる。実際の変成器は、1次側コイルに実効抵抗R1、2次側コイルに実効抵抗R2を持つので、図6の回路を考え、RL=R2とすると、
Z1=R1+jωL1+ω2M2/(jωL2+R2)
となる。上式の、ω2M2/(jωL2+R2)に、(−jωL2+R2)/(−jω
L2+R2)=1を掛けると、
Z1=R1+jωL1+ω2M2(−jωL2+R2)/(ω2L22+R22)
となり、実数項と虚数項を整理すると、
Z1=R1+R2・ω2M2/(ω2L22+R22)+jωL1−jωL2・ω2M2/(ω2L22+R22)
となって、A2=ω2M2/(ω2L22+R22)とすると、Z1は、
Z1=(R1+A2R2)+jω(L1−A2L2)…(4)
となる。ω2>0、M2≧0、L22>0、R22>0、であるので、明らかに、A2≧0である。すなわち、図5において、1次側コイルの入力インピーダンスZ1は、
Z1=R1+jωL1…(5)
であり、(5)式と(4)式を比較すれば明らかなように、図6のように、変成器の2次側コイルが短絡されたときには、1次側コイルの実効抵抗R1が増加し、インダクタンスL1が減少するのが分かる。これらは、「大学課程電気回路(1)」大野克郎、西哲生共著、オーム社発行(平成13年8月20日)に記載されている既知の回路理論である。
他方のコイルとして、少なくとも一方のコイルのf1が高くなるコイルを選ぶ。
前記の方法にて求められたf1を上限とし、スペースファクタがよいコイルを、Rs>Rw、の条件を満足する最高周波数であるf1以下であって、実効抵抗Rwが小さい周波数近辺で使用することにより、高い電力伝送性能を持つ電力伝送方法を得ることができる。その結果、電力伝送時の無効電力、皮相電力を低減できるので、コイルの実効抵抗による電力損失も低減できる。
Claims (20)
- 2個のコイルを電磁的に結合させて電力を伝送する電力伝送装置の空芯コイルであって、
前記2個のコイルのうちの少なくとも一方のコイルの直流抵抗をRd(Ω)とし、
前記少なくとも一方のコイルの1MHzにおける実効直列抵抗をRf(Ω)、としたときに、
Rf<Rd×25
を満足する、電力伝送装置の空芯コイル。 - 送電部のコイルと、受電部のコイルとを対向させて、前記送電部から前記受電部に電力を伝送する電力伝送装置において、
前記対向するコイルの内、少なくとも一方のコイルを形成する導線が単導線で、
前記少なくとも一方のコイルは、前記単導線を単層渦巻き状に巻回してあり、
前記単導線の導体単体の最大径をd1、前記少なくとも一方のコイル外径をDとしたとき、
前記少なくとも一方のコイル外径Dが前記最大径d1の少なくとも25倍以上であり、
かつ前記導線の巻き数が所定巻数以上であり、
前記少なくとも一方のコイルの自己インダクタンスが少なくとも2μH以上であって、
伝送する交流電力の周波数における、前記少なくとも一方のコイル単体の複素インピーダンスの純抵抗成分、実効直列抵抗である実数成分をRw(Ω)、
伝送する交流電力の周波数における、前記少なくとも一方のコイルに対向する他方のコイルを短絡したときの、前記少なくとも一方のコイルの複素インピーダンスの純抵抗成分、実効直列抵抗である実数成分をRs(Ω)、としたときに、
Rs>Rw、
を満足する、電力伝送装置の空芯コイル。 - さらに、前記電力を伝送する周波数における、前記少なくとも一方のコイルに対向する他方のコイルを開放したときの、前記少なくとも一方のコイルの複素インピーダンスの純抵抗成分、実効直列抵抗である実数成分をRn(Ω)、としたときに、
Rs>Rn≧Rw
を満足する、請求項2に記載の電力伝送装置の空芯コイル。 - さらに、前記少なくとも一方のコイルの熱抵抗をθi(℃/W)、
前記少なくとも一方のコイルの許容動作温度をTw(℃)、
前記少なくとも一方のコイルが設置される場所の周囲温度をTa(℃)、
電力を伝送しているときに、前記少なくとも一方のコイルに流れる交流電流をIa(A)、
としたときに、
Rw≦(Tw−Ta)/(Ia2×θi)、
を満足する、請求項2または請求項3に記載の電力伝送装置の空芯コイル。 - 前記導線には絶縁被覆が施されていて、前記少なくとも一方のコイルの隣接する各単導線を密接させた、請求項2から4のいずれかに記載の電力伝送装置の空芯コイル。
- 前記単導線の前記最大径d1が0.2mm以上のときに、前記少なくとも一方のコイルの隣接する各導線間に空隙を設けた、請求項2から4のいずれかに記載の電力伝送装置の空芯コイル。
- 送電部のコイルと、受電部のコイルとを対向させて、前記送電部から前記受電部に電力を伝送する電力伝送装置において、
前記対向するコイルの内、少なくとも一方のコイルを形成する導線は、それぞれの最大径が0.3mm以下に選んだ複数の裸単導線の集合体に絶縁被覆を施した導線を単層渦巻き状に巻回して構成され、
複数の裸単導線の集合体の最大径をd2、コイル外径をDとしたとき、
前記少なくとも一方のコイル外径Dが前記最大径d2の少なくとも25倍以上であり、
かつ前記導線の巻き数が所定巻数以上であり、
前記少なくとも一方のコイルの自己インダクタンスが少なくとも2μH以上であって、
伝送する交流電力の周波数における、前記少なくとも一方のコイル単体の複素インピーダンスの純抵抗成分、実効直列抵抗である実数成分をRw(Ω)、
伝送する交流電力の周波数における、前記少なくとも一方のコイルに対向する他方のコイルを短絡したときの、前記少なくとも一方のコイルの複素インピーダンスの純抵抗成分、実効直列抵抗である実数成分をRs(Ω)、としたときに、
Rs>Rw、を満足する、電力伝送装置の空芯コイル。 - さらに、前記電力を伝送する周波数における、前記少なくとも一方のコイルに対向する他方のコイルを開放したときの、前記少なくとも一方のコイルの複素インピーダンスの純抵抗成分、実効直列抵抗である実数成分をRn(Ω)、としたときに、
Rs>Rn≧Rw
を満足する、請求項7に記載の電力伝送装置の空芯コイル。 - さらに、前記少なくとも一方のコイルの熱抵抗をθi(℃/W)、
前記少なくとも一方のコイルの許容動作温度をTw(℃)、
前記少なくとも一方のコイルが設置される場所の周囲温度をTa(℃)、
電力を伝送しているときに、前記少なくとも一方のコイルに流れる交流電流をIa(A)、
としたときに、
Rw≦(Tw−Ta)/(Ia2×θi)、
を満足する、請求項7または8に記載の電力伝送装置の空芯コイル。 - 前記少なくとも一方のコイルの隣接する各導線の導体間に空隙を設けた、請求項7から9のいずれかに記載の電力伝送装置の空芯コイル。
- 送電部のコイルと、受電部のコイルとを対向させて、前記送電部から前記受電部に電力を伝送する電力伝送装置において、
前記対向するコイルの内、少なくとも一方のコイルを形成する導線には、前記導線内部に絶縁体層が設けられ、前記絶縁体層の断面積が導線全体の断面積の11%以上であって、
前記少なくとも一方のコイルは、前記絶縁体層が設けられた導線を単層渦巻き状に密接して巻回してあるか、または多層密接巻きしてあり、
前記絶縁体層が設けられた導線の最大径をd3、少なくとも一方のコイル外径をDとしたとき、
前記少なくとも一方のコイル外径Dが前記最大径d3の少なくとも25倍以上であり、かつ導線の巻き数が所定巻数以上であり、前記少なくとも一方のコイルの自己インダクタンスが少なくとも2μH以上であって、
伝送する交流電力の周波数における、前記少なくとも一方のコイル単体の複素インピーダンスの純抵抗成分、実効直列抵抗である実数成分をRw(Ω)、
伝送する交流電力の周波数における、前記少なくとも一方のコイルに対向する他方のコイルを短絡したときの、前記少なくとも一方のコイルの複素インピーダンスの純抵抗成分、実効直列抵抗である実数成分をRs(Ω)、としたときに、
Rs>Rw、を満足する、電力伝送装置の空芯コイル。 - さらに、前記電力を伝送する周波数における、前記少なくとも一方のコイルに対向する他方のコイルを開放したときの、前記少なくとも一方のコイルの複素インピーダンスの純抵抗成分、実効直列抵抗である実数成分をRn(Ω)、としたときに、
Rs>Rn≧Rw
を満足する、請求項11に記載の電力伝送装置の空芯コイル。 - さらに、前記少なくとも一方のコイルの熱抵抗をθi(℃/W)、
前記少なくとも一方のコイルの許容動作温度をTw(℃)、
前記少なくとも一方のコイルが設置される場所の周囲温度をTa(℃)、
電力を伝送しているときに、前記少なくとも一方のコイルに流れる交流電流をIa(A)、
としたときに、
Rw≦(Tw−Ta)/(Ia2×θi)、
を満足する、請求項11または12に記載の電力伝送装置の空芯コイル。 - 前記導線は、それぞれに絶縁被覆が施された複数の単導線の集合体で構成され、かつ、前記単導線は、前記絶縁被覆を除く導体の最大径をd4としたときに、d4が0.3mm以下であって、前記絶縁被覆の厚さtが(d4)/30以上に選ばれている、請求項11から13のいずれかに記載の電力伝送装置の空芯コイル。
- 前記少なくとも一方のコイルは、前記少なくとも一方のコイルの外周部における隣接する導線間に設ける空隙の幅が内周部における隣接する導線間に設ける空隙の幅よりも狭いか、外周部における隣接する導線は密接しており、内周部における隣接する導線間に空隙を設けた、請求項1,2,3,4,6,7,8,9,11,12,13のいずれかに記載の電力伝送装置の空芯コイル。
- 請求項1,2,3,4,7,8,9,11,12,13に記載のコイルを、送電コイルおよび受電コイルに使用し、両コイルを分離不能とした、電力伝送装置の空芯コイル。
- 前記少なくとも一方のコイルが絶縁性樹脂内に固定される、請求項1,2,3,4,7,8,9,11,12,13,16のいずれかに記載の電力伝送装置の空芯コイル。
- 前記少なくとも一方のコイルは絶縁材に沿って巻回される、請求項1,2,3,4,7,8,9,11,12,13,16のいずれかに記載の電力伝送装置の空芯コイル。
- 前記少なくとも一方のコイルは絶縁材に沿って巻回され、前記少なくとも一方のコイルが絶縁性樹脂または接着剤により前記絶縁材に固定される、請求項1,2,3,4,7,8,9,11,12,13,16のいずれかに記載の電力伝送装置の空芯コイル。
- 送電部または受電部の少なくとも一方に、請求項1,2,3,4,7,8,9,11,12,13,16のいずれかに記載の電力伝送装置の空芯コイルを装備した電力伝送装置。
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