JP2010073885A - Resonance coil and non-contact feeding system - Google Patents

Resonance coil and non-contact feeding system Download PDF

Info

Publication number
JP2010073885A
JP2010073885A JP2008239629A JP2008239629A JP2010073885A JP 2010073885 A JP2010073885 A JP 2010073885A JP 2008239629 A JP2008239629 A JP 2008239629A JP 2008239629 A JP2008239629 A JP 2008239629A JP 2010073885 A JP2010073885 A JP 2010073885A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
coil
power
self
resonant
resonance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2008239629A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Susumu Sasaki
将 佐々木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2008239629A priority Critical patent/JP2010073885A/en
Publication of JP2010073885A publication Critical patent/JP2010073885A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent spark discharge from occurring in a resonance coil used for a non-contact feeding system using a resonance technique. <P>SOLUTION: Each of a secondary self-resonant coil 110 and a primary self-resonant coil 240 includes a coil wire 410 constituting a coil and an insulating resin 420. The coil wire 410 electrically resonates at a predetermined resonance frequency. The resin 420 is coated to the coil wire 410 in a shape of taper so that its thickness increases as the location approaches to the end of the coil wire 410 according to the electric field distribution of the coil wire 410. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

この発明は、共鳴コイルおよび非接触給電システムに関し、特に、共鳴法を用いて電力を送電/受電する際に用いられる共鳴コイルおよびそれを用いた非接触給電システムに関する。   The present invention relates to a resonance coil and a contactless power supply system, and more particularly to a resonance coil used when power is transmitted / received using a resonance method and a contactless power supply system using the resonance coil.

環境に配慮した車両として、電気自動車やハイブリッド車などの電動車両が大きく注目されている。これらの車両は、走行駆動力を発生する電動機と、その電動機に供給される電力を蓄える再充電可能な蓄電装置とを搭載する。なお、ハイブリッド車は、電動機とともに内燃機関をさらに動力源として搭載した車両や、車両駆動用の直流電源として蓄電装置とともに燃料電池をさらに搭載した車両である。   As environmentally friendly vehicles, electric vehicles such as electric vehicles and hybrid vehicles have attracted a great deal of attention. These vehicles are equipped with an electric motor that generates driving force and a rechargeable power storage device that stores electric power supplied to the electric motor. The hybrid vehicle is a vehicle in which an internal combustion engine is further mounted as a power source together with an electric motor, or a vehicle in which a fuel cell is further mounted together with a power storage device as a DC power source for driving the vehicle.

ハイブリッド車においても、電気自動車と同様に、車両外部の電源から車載の蓄電装置を充電可能な車両が知られている。たとえば、家屋に設けられた電源コンセントと車両に設けられた充電口とを充電ケーブルで接続することにより、一般家庭の電源から蓄電装置を充電可能ないわゆる「プラグイン・ハイブリッド車」が知られている。   As in the case of an electric vehicle, a hybrid vehicle is known that can charge an in-vehicle power storage device from a power source outside the vehicle. For example, a so-called “plug-in hybrid vehicle” that can charge a power storage device from a general household power supply by connecting a power outlet provided in a house and a charging port provided in the vehicle with a charging cable is known. Yes.

一方、送電方法として、電源コードや送電ケーブルを用いないワイヤレス送電が近年注目されている。このワイヤレス送電技術としては、有力なものとして、電磁誘導を用いた送電、電磁波を用いた送電、および共鳴法による送電の3つの技術が知られている。   On the other hand, as a power transmission method, wireless power transmission that does not use a power cord or a power transmission cable has recently attracted attention. As this wireless power transmission technology, three technologies known as power transmission using electromagnetic induction, power transmission using electromagnetic waves, and power transmission using a resonance method are known.

このうち、共鳴法は、一対の共鳴器(たとえば一対の共鳴コイル)を電磁場(近接場)において共鳴させ、電磁場を介して送電する非接触の送電技術であり、数kWの大電力を比較的長距離(たとえば数m)送電することも可能である(非特許文献1参照)。
国際公開第2007/008646号パンフレット アンドレ・クルス(Andre Kurs)、他5名、“ワイヤレス パワー トランスファー バイア ストロングリィ カップルド マグネティック レゾナンス(Wireless Power Transfer via Strongly Coupled Magnetic Resonances)”、[online]、2007年7月6日、サイエンス(SCIENCE)、第317巻、p.83−86、[平成2007年9月12日検索]、インターネット<URL:http://www.sciencemag.org/cgi/reprint/317/5834/83.pdf>
Among these, the resonance method is a non-contact power transmission technique in which a pair of resonators (for example, a pair of resonance coils) are resonated in an electromagnetic field (near field) and transmitted through the electromagnetic field. It is also possible to transmit power over a long distance (for example, several meters) (see Non-Patent Document 1).
International Publication No. 2007/008646 Pamphlet Andre Kurs, 5 others, “Wireless Power Transfer via Strongly Coupled Magnetic Resonances”, [online], July 6, 2007, SCIENCE 317, p. 83-86, [Search September 12, 2007], Internet <URL: http://www.sciencemag.org/cgi/reprint/317/5834/83.pdf>

上記の文献に開示される構成では、共鳴コイルは、両端がオープン(非接続)のLC共振コイルから成る。ここで、共鳴コイルを構成するコイル導線の電界分布は、コイル導線の端部に近いほど高くなる。そして、数kWから数十kWの大電力が授受され得る電動車両の給電システム等に上記文献に開示される構成を適用する場合、コイル導線の端部あるいは端部近傍において電界が空気の絶縁破壊限界を超え、火花放電が発生し得る。   In the configuration disclosed in the above document, the resonance coil is composed of an LC resonance coil whose both ends are open (not connected). Here, the electric field distribution of the coil conductor constituting the resonance coil becomes higher as it is closer to the end of the coil conductor. When the configuration disclosed in the above document is applied to a power supply system for an electric vehicle that can receive a large power of several kW to several tens of kW, the electric field is broken down at the end of the coil conductor or near the end. Exceeding the limit, spark discharge can occur.

それゆえに、この発明の目的は、共鳴法を用いた非接触給電システムに用いられる共鳴コイルにおいて火花放電が発生するのを防止することである。   Therefore, an object of the present invention is to prevent the occurrence of spark discharge in a resonance coil used in a non-contact power feeding system using a resonance method.

この発明によれば、共鳴コイルは、他のコイルと電磁場を介して共鳴することにより前記他のコイルへ送電しまたは前記他のコイルから受電する共鳴コイルであって、コイル導線と、絶縁性の樹脂とを備える。コイル導線は、所定の共鳴周波数で電気的に共振する。樹脂は、コイル導線の端部に近いほど厚みが増すようにコイル導線に被覆加工される。   According to the present invention, the resonance coil is a resonance coil that transmits power to or receives power from the other coil by resonating with another coil via an electromagnetic field, and the coil is insulated from the coil conductor. Resin. The coil conductor is electrically resonated at a predetermined resonance frequency. The resin is coated on the coil conductor so that the thickness increases as the end of the coil conductor is closer.

好ましくは、樹脂の厚みは、コイル導線の電界分布に応じて決定される。
好ましくは、樹脂は、コイル導線の非中央部から端部へ向かってテーパ状に被覆加工される。
Preferably, the thickness of the resin is determined according to the electric field distribution of the coil conductor.
Preferably, the resin is coated in a taper shape from the non-central portion to the end portion of the coil conductor.

また、この発明によれば、非接触給電システムは、一次コイルと、一次自己共振コイルと、二次自己共振コイルと、二次コイルと、整流器とを備える。一次コイルは、電源から電力を受ける。一次自己共振コイルは、一次コイルから電磁誘導により給電され、電磁場を発生する。二次自己共振コイルは、電磁場を介して一次自己共振コイルと共鳴することにより一次自己共振コイルから受電する。二次コイルは、二次自己共振コイルによって受電された電力を電磁誘導により取出す。整流器は、二次コイルによって取出された電力を整流して負荷へ供給する。一次自己共振コイルおよび二次自己共振コイルの各々は、コイル導線と、絶縁性の樹脂とを含む。コイル導線は、所定の共鳴周波数で電気的に共振する。樹脂は、コイル導線の端部に近いほど厚みが増すようにコイル導線に被覆加工される。   Moreover, according to this invention, a non-contact electric power feeding system is provided with a primary coil, a primary self-resonance coil, a secondary self-resonance coil, a secondary coil, and a rectifier. The primary coil receives power from the power source. The primary self-resonant coil is fed by electromagnetic induction from the primary coil and generates an electromagnetic field. The secondary self-resonant coil receives power from the primary self-resonant coil by resonating with the primary self-resonant coil via the electromagnetic field. The secondary coil takes out the electric power received by the secondary self-resonant coil by electromagnetic induction. The rectifier rectifies the electric power extracted by the secondary coil and supplies it to the load. Each of the primary self-resonant coil and the secondary self-resonant coil includes a coil conductor and an insulating resin. The coil conductor is electrically resonated at a predetermined resonance frequency. The resin is coated on the coil conductor so that the thickness increases as the end of the coil conductor is closer.

好ましくは、樹脂の厚みは、コイル導線の電界分布に応じて決定される。
好ましくは、樹脂は、コイル導線の非中央部から端部へ向かってテーパ状に被覆加工される。
Preferably, the thickness of the resin is determined according to the electric field distribution of the coil conductor.
Preferably, the resin is coated in a taper shape from the non-central portion to the end portion of the coil conductor.

この発明においては、コイル導線の端部に近いほど厚みが増すように絶縁性の樹脂がコイル導線に被覆加工されるので、コイル導線の端部に近いほど絶縁破壊の限界値が高い。したがって、この発明によれば、共鳴法を用いた非接触給電システムに用いられる共鳴コイルにおいて火花放電が発生するのを防止することができる。   In this invention, since the insulating resin is coated on the coil conductor so that the thickness increases as the end of the coil conductor is closer, the limit value of dielectric breakdown is higher as the end of the coil conductor is closer. Therefore, according to the present invention, it is possible to prevent the occurrence of spark discharge in the resonance coil used in the non-contact power feeding system using the resonance method.

また、この発明によれば、コイル導線全長に亘って樹脂の厚みを一律にするのではなく端部に近いほど厚みが増すようにしたので、樹脂量の低減およびコイルの軽量化を図ることができる。また、コイルの放熱性も確保することができる。   According to the present invention, the thickness of the resin is not made uniform over the entire length of the coil lead wire, but the thickness is increased as it is closer to the end portion, so that the amount of resin can be reduced and the weight of the coil can be reduced. it can. Moreover, the heat dissipation of a coil can also be ensured.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.

図1は、この発明の実施の形態による非接触給電システムの全体構成図である。図1を参照して、非接触給電システムは、電動車両100と、給電装置200とを備える。電動車両100は、二次自己共振コイル110と、二次コイル120と、整流器130と、DC/DCコンバータ140と、蓄電装置150とを含む。また、電動車両100は、パワーコントロールユニット(以下「PCU(Power Control Unit)」とも称する。)160と、モータ170と、車両ECU(Electronic Control Unit)180とをさらに含む。   FIG. 1 is an overall configuration diagram of a non-contact power feeding system according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the non-contact power feeding system includes an electric vehicle 100 and a power feeding device 200. Electric vehicle 100 includes a secondary self-resonant coil 110, a secondary coil 120, a rectifier 130, a DC / DC converter 140, and a power storage device 150. Electric vehicle 100 further includes a power control unit (hereinafter also referred to as “PCU (Power Control Unit)”) 160, a motor 170, and a vehicle ECU (Electronic Control Unit) 180.

二次自己共振コイル110は、たとえば車体下部に配設される。二次自己共振コイル110は、両端がオープン(非接続)のLC共振コイルであり、給電装置200の一次自己共振コイル240(後述)と電磁場を介して共鳴することにより給電装置200から電力を受電する。なお、二次自己共振コイル110の容量成分は、コイルの浮遊容量である。   Secondary self-resonant coil 110 is disposed, for example, at the bottom of the vehicle body. The secondary self-resonant coil 110 is an LC resonant coil whose both ends are open (not connected), and receives power from the power feeder 200 by resonating with a primary self-resonant coil 240 (described later) of the power feeder 200 via an electromagnetic field. To do. Note that the capacitance component of the secondary self-resonant coil 110 is the stray capacitance of the coil.

二次自己共振コイル110は、給電装置200の一次自己共振コイル240との距離や、一次自己共振コイル240および二次自己共振コイル110の共鳴周波数等に基づいて、一次自己共振コイル240と二次自己共振コイル110との共鳴強度を示すQ値(たとえば、Q>100)およびその結合度を示すκ等が大きくなるようにその巻数が適宜設定される。   The secondary self-resonant coil 110 and the secondary self-resonant coil 240 are connected to the primary self-resonant coil 240 and the secondary self-resonant coil 240 based on the distance from the primary self-resonant coil 240 and the resonance frequency of the primary self-resonant coil 240 and secondary self-resonant coil 110. The number of turns is appropriately set so that the Q value (for example, Q> 100) indicating the resonance intensity with the self-resonant coil 110 and κ indicating the degree of coupling increase.

この二次自己共振コイル110においては、コイル導線の端部およびその近傍が高電界となるところ、その高電界部において空気中への火花放電が発生しないように、絶縁性の樹脂によってコイル導線の端部およびその近傍が被覆加工される。なお、二次自己共振コイル110の構成については、後ほど詳しく説明する。   In the secondary self-resonant coil 110, the end portion of the coil conductor and the vicinity thereof have a high electric field. In order to prevent a spark discharge into the air in the high electric field portion, the coil conductor is made of an insulating resin. The end portion and the vicinity thereof are coated. The configuration of secondary self-resonant coil 110 will be described in detail later.

二次コイル120は、二次自己共振コイル110と同軸上に配設され、電磁誘導により二次自己共振コイル110と磁気的に結合可能である。この二次コイル120は、二次自己共振コイル110により受電された電力を電磁誘導により取出して整流器130へ出力する。   The secondary coil 120 is disposed coaxially with the secondary self-resonant coil 110 and can be magnetically coupled to the secondary self-resonant coil 110 by electromagnetic induction. The secondary coil 120 takes out the electric power received by the secondary self-resonant coil 110 by electromagnetic induction and outputs it to the rectifier 130.

整流器130は、二次コイル120によって取出された交流電力を整流する。DC/DCコンバータ140は、車両ECU180からの制御信号に基づいて、整流器130によって整流された電力を蓄電装置150の電圧レベルに変換して蓄電装置150へ出力する。なお、車両の走行中に給電装置200から受電する場合には、DC/DCコンバータ140は、整流器130によって整流された電力をシステム電圧に変換してPCU160へ直接供給してもよい。また、DC/DCコンバータ140は、必ずしも必要ではなく、二次コイル120によって取出された交流電力が整流器130によって整流された後に直接蓄電装置150に与えられるようにしてもよい。   The rectifier 130 rectifies the AC power extracted by the secondary coil 120. DC / DC converter 140 converts the power rectified by rectifier 130 into a voltage level of power storage device 150 based on a control signal from vehicle ECU 180 and outputs the voltage to power storage device 150. Note that when receiving power from the power supply apparatus 200 while the vehicle is running, the DC / DC converter 140 may convert the power rectified by the rectifier 130 into a system voltage and directly supply it to the PCU 160. DC / DC converter 140 is not necessarily required, and the AC power extracted by secondary coil 120 may be directly rectified by rectifier 130 and then directly supplied to power storage device 150.

蓄電装置150は、再充電可能な直流電源であり、たとえばリチウムイオンやニッケル水素などの二次電池から成る。蓄電装置150は、DC/DCコンバータ140から供給される電力を蓄えるほか、モータ170によって発電される回生電力も蓄える。そして、蓄電装置150は、その蓄えた電力をPCU160へ供給する。なお、蓄電装置150として大容量のキャパシタも採用可能であり、給電装置200から供給される電力やモータ170からの回生電力を一時的に蓄え、その蓄えた電力をPCU160へ供給可能な電力バッファであれば如何なるものでもよい。   The power storage device 150 is a rechargeable DC power source, and is composed of, for example, a secondary battery such as lithium ion or nickel metal hydride. The power storage device 150 stores power supplied from the DC / DC converter 140 and also stores regenerative power generated by the motor 170. Then, power storage device 150 supplies the stored power to PCU 160. Note that a large-capacity capacitor can also be used as the power storage device 150, and is a power buffer that can temporarily store the power supplied from the power supply device 200 and the regenerative power from the motor 170 and supply the stored power to the PCU 160. Anything is acceptable.

PCU160は、蓄電装置150から出力される電力あるいはDC/DCコンバータ140から直接供給される電力によってモータ170を駆動する。また、PCU160は、モータ170により発電された回生電力を整流して蓄電装置150へ出力し、蓄電装置150を充電する。モータ170は、PCU160によって駆動され、車両駆動力を発生して駆動輪へ出力する。また、モータ170は、駆動輪や図示されないエンジンから受ける運動エネルギーによって発電し、その発電した回生電力をPCU160へ出力する。   PCU 160 drives motor 170 with power output from power storage device 150 or power directly supplied from DC / DC converter 140. PCU 160 also rectifies the regenerative power generated by motor 170 and outputs the rectified power to power storage device 150 to charge power storage device 150. The motor 170 is driven by the PCU 160 to generate a vehicle driving force and output it to driving wheels. Motor 170 generates electricity using kinetic energy received from driving wheels or an engine (not shown), and outputs the generated regenerative power to PCU 160.

車両ECU180は、給電装置200から電動車両100への給電時、DC/DCコンバータ140を制御する。車両ECU180は、たとえば、DC/DCコンバータ140を制御することによって、整流器130とDC/DCコンバータ140との間の電圧を所定の目標電圧に制御する。また、車両ECU180は、車両の走行時、車両の走行状況や蓄電装置150の充電状態(「SOC(State Of Charge)」とも称される。)に基づいてPCU160を制御する。   Vehicle ECU 180 controls DC / DC converter 140 when power is supplied from power supply apparatus 200 to electric vehicle 100. The vehicle ECU 180 controls the voltage between the rectifier 130 and the DC / DC converter 140 to a predetermined target voltage by controlling the DC / DC converter 140, for example. In addition, vehicle ECU 180 controls PCU 160 based on the traveling state of the vehicle and the state of charge of power storage device 150 (also referred to as “SOC (State Of Charge)”) when the vehicle is traveling.

一方、給電装置200は、交流電源210と、高周波電力ドライバ220と、一次コイル230と、一次自己共振コイル240とを含む。   On the other hand, power supply device 200 includes an AC power supply 210, a high-frequency power driver 220, a primary coil 230, and a primary self-resonant coil 240.

交流電源210は、車両外部の電源であり、たとえば系統電源である。高周波電力ドライバ220は、交流電源210から受ける電力を高周波の電力に変換し、その変換した高周波電力を一次コイル230へ供給する。なお、高周波電力ドライバ220が生成する高周波電力の周波数は、たとえば1M〜10数MHzである。   AC power supply 210 is a power supply external to the vehicle, for example, a system power supply. The high frequency power driver 220 converts power received from the AC power source 210 into high frequency power, and supplies the converted high frequency power to the primary coil 230. Note that the frequency of the high-frequency power generated by the high-frequency power driver 220 is, for example, 1M to 10 and several MHz.

一次コイル230は、一次自己共振コイル240と同軸上に配設され、電磁誘導により一次自己共振コイル240と磁気的に結合可能である。そして、一次コイル230は、高周波電力ドライバ220から供給される高周波電力を電磁誘導により一次自己共振コイル240へ給電する。   Primary coil 230 is arranged coaxially with primary self-resonant coil 240 and can be magnetically coupled to primary self-resonant coil 240 by electromagnetic induction. The primary coil 230 feeds high-frequency power supplied from the high-frequency power driver 220 to the primary self-resonant coil 240 by electromagnetic induction.

一次自己共振コイル240は、たとえば地面近傍に配設される。一次自己共振コイル240も、両端がオープン(非接続)のLC共振コイルであり、電動車両100の二次自己共振コイル110と電磁場を介して共鳴することにより電動車両100へ電力を送電する。なお、一次自己共振コイル240の容量成分も、コイルの浮遊容量である。   Primary self-resonant coil 240 is disposed near the ground, for example. The primary self-resonant coil 240 is also an LC resonant coil whose both ends are open (not connected), and transmits electric power to the electric vehicle 100 by resonating with the secondary self-resonant coil 110 of the electric vehicle 100 via an electromagnetic field. Note that the capacitance component of the primary self-resonant coil 240 is also a stray capacitance of the coil.

この一次自己共振コイル240も、電動車両100の二次自己共振コイル110との距離や、一次自己共振コイル240および二次自己共振コイル110の共鳴周波数等に基づいて、Q値(たとえば、Q>100)および結合度κ等が大きくなるようにその巻数が適宜設定される。   The primary self-resonant coil 240 also has a Q value (for example, Q> based on the distance from the secondary self-resonant coil 110 of the electric vehicle 100, the resonance frequency of the primary self-resonant coil 240 and the secondary self-resonant coil 110, etc. 100), and the number of turns is appropriately set so that the degree of coupling κ and the like are increased.

そして、この一次自己共振コイル240においても、コイル導線の端部およびその近傍が高電界となるところ、絶縁性の樹脂によってコイル導線の端部およびその近傍が被覆加工される。なお、一次自己共振コイル240の構成についても、後ほど詳しく説明する。   In the primary self-resonant coil 240 also, the end portion of the coil conductor and the vicinity thereof have a high electric field, and the end portion of the coil conductor and the vicinity thereof are coated with an insulating resin. The configuration of the primary self-resonant coil 240 will also be described in detail later.

図2は、共鳴法による送電の原理を説明するための図である。図2を参照して、この共鳴法では、2つの音叉が共鳴するのと同様に、同じ固有振動数を有する2つのLC共振コイルが電磁場(近接場)において共鳴することによって、一方のコイルから他方のコイルへ電磁場を介して電力が伝送される。   FIG. 2 is a diagram for explaining the principle of power transmission by the resonance method. Referring to FIG. 2, in this resonance method, in the same way as two tuning forks resonate, two LC resonance coils having the same natural frequency resonate in an electromagnetic field (near field), and thereby, from one coil. Electric power is transmitted to the other coil via an electromagnetic field.

具体的には、高周波電源310に一次コイル320を接続し、電磁誘導により一次コイル320と磁気的に結合される一次自己共振コイル330へ1M〜10数MHzの高周波電力を給電する。一次自己共振コイル330は、コイル自身のインダクタンスと浮遊容量とによるLC共振器であり、一次自己共振コイル330と同じ共振周波数を有する二次自己共振コイル340と電磁場(近接場)を介して共鳴する。そうすると、一次自己共振コイル330から二次自己共振コイル340へ電磁場を介してエネルギー(電力)が移動する。二次自己共振コイル340へ移動したエネルギー(電力)は、電磁誘導により二次自己共振コイル340と磁気的に結合される二次コイル350によって取出され、負荷360へ供給される。なお、共鳴法による送電は、一次自己共振コイル330と二次自己共振コイル340との共鳴強度を示すQ値がたとえば100よりも大きいときに実現される。   Specifically, the primary coil 320 is connected to the high frequency power supply 310, and 1 M to 10 and several MHz high frequency power is supplied to the primary self-resonant coil 330 that is magnetically coupled to the primary coil 320 by electromagnetic induction. The primary self-resonant coil 330 is an LC resonator having its own inductance and stray capacitance, and resonates with a secondary self-resonant coil 340 having the same resonance frequency as the primary self-resonant coil 330 via an electromagnetic field (near field). . Then, energy (electric power) moves from the primary self-resonant coil 330 to the secondary self-resonant coil 340 via the electromagnetic field. The energy (electric power) transferred to the secondary self-resonant coil 340 is taken out by the secondary coil 350 that is magnetically coupled to the secondary self-resonant coil 340 by electromagnetic induction and supplied to the load 360. Note that power transmission by the resonance method is realized when the Q value indicating the resonance intensity between the primary self-resonant coil 330 and the secondary self-resonant coil 340 is greater than 100, for example.

なお、図1との対応関係について説明すると、図1の交流電源210および高周波電力ドライバ220は、図2の高周波電源310に相当する。また、図1の一次コイル230および一次自己共振コイル240は、それぞれ図2の一次コイル320および一次自己共振コイル330に相当し、図1の二次自己共振コイル110および二次コイル120は、それぞれ図2の二次自己共振コイル340および二次コイル350に相当する。そして、図1の整流器130以降が負荷360として総括的に示されている。   1 will be described. The AC power supply 210 and the high-frequency power driver 220 in FIG. 1 correspond to the high-frequency power supply 310 in FIG. Further, the primary coil 230 and the primary self-resonant coil 240 in FIG. 1 correspond to the primary coil 320 and the primary self-resonant coil 330 in FIG. 2, respectively, and the secondary self-resonant coil 110 and the secondary coil 120 in FIG. This corresponds to the secondary self-resonant coil 340 and the secondary coil 350 in FIG. In addition, the rectifier 130 and the subsequent parts in FIG.

図3は、電流源(磁流源)からの距離と電磁界の強度との関係を示した図である。図3を参照して、電磁界は3つの成分から成る。曲線k1は、波源からの距離に反比例した成分であり、「輻射電界」と称される。曲線k2は、波源からの距離の2乗に反比例した成分であり、「誘導電界」と称される。また、曲線k3は、波源からの距離の3乗に反比例した成分であり、「静電界」と称される。   FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the distance from the current source (magnetic current source) and the intensity of the electromagnetic field. Referring to FIG. 3, the electromagnetic field is composed of three components. A curve k1 is a component inversely proportional to the distance from the wave source, and is referred to as a “radiating electric field”. A curve k2 is a component inversely proportional to the square of the distance from the wave source, and is referred to as an “induced electric field”. The curve k3 is a component that is inversely proportional to the cube of the distance from the wave source, and is referred to as an “electrostatic field”.

「静電界」は、波源からの距離とともに急激に電磁波の強度が減少する領域であり、共鳴法では、この「静電界」が支配的な近接場(エバネッセント場)を利用してエネルギー(電力)の伝送が行なわれる。すなわち、「静電界」が支配的な近接場において、同じ固有振動数を有する一対の共鳴器(たとえば一対のLC共振コイル)を共鳴させることにより、一方の共鳴器(一次自己共振コイル)から他方の共鳴器(二次自己共振コイル)へエネルギー(電力)を伝送する。この「静電界」は遠方にエネルギーを伝播しないので、遠方までエネルギーを伝播する「輻射電界」によりエネルギー(電力)を伝送する電磁波に比べて、共鳴法は、より少ないエネルギー損失で送電することができる。   The “electrostatic field” is a region where the intensity of the electromagnetic wave suddenly decreases with the distance from the wave source. In the resonance method, energy (electric power) is utilized by using the near field (evanescent field) in which this “electrostatic field” is dominant. Is transmitted. That is, by resonating a pair of resonators having the same natural frequency (for example, a pair of LC resonance coils) in a near field where the “electrostatic field” is dominant, Energy (electric power) is transmitted to the resonator (secondary self-resonant coil). Since this “electrostatic field” does not propagate energy far away, the resonance method can transmit power with less energy loss than electromagnetic waves that transmit energy (electric power) by “radiant electric field” that propagates energy far away. it can.

図4は、図1に示した二次自己共振コイル110および一次自己共振コイル240の電界分布(電圧分布)を示した図である。図4を参照して、横軸は、自己共振コイルを構成するコイル導線の中央部からの距離を示し、縦軸は、コイル導線の電界を示す。図4に示されるように、コイル導線の端部に近いほど電界が高くなり、端部で最大となる。そして、たとえば送電電力が数百Wレベルになると、コイル導線の端部において電界が空気の絶縁破壊限界を超えることによって火花放電が発生する。送電電力がさらに大電力になれば、コイル導線の端部近傍においても火花放電が発生し得る。なお、コイル導線の中央部の電界は零であり、共鳴周波数に応じて電界の符号は反転する。   FIG. 4 is a diagram showing the electric field distribution (voltage distribution) of secondary self-resonant coil 110 and primary self-resonant coil 240 shown in FIG. Referring to FIG. 4, the horizontal axis indicates the distance from the center portion of the coil conducting wire constituting the self-resonant coil, and the vertical axis indicates the electric field of the coil conducting wire. As shown in FIG. 4, the closer to the end of the coil conductor, the higher the electric field and the maximum at the end. For example, when the transmitted power reaches a level of several hundred watts, a spark discharge occurs due to the electric field exceeding the dielectric breakdown limit at the end of the coil conductor. If the transmitted power becomes even higher, spark discharge can occur near the end of the coil conductor. The electric field at the center of the coil conductor is zero, and the sign of the electric field is inverted according to the resonance frequency.

このように、コイル導線の端部および端部近傍において火花放電が発生し得るところ、この実施の形態では、二次自己共振コイル110および一次自己共振コイル240は、絶縁性の樹脂によって被覆加工される。そして、図4に示したコイル導線の電界分布に基づいて、コイル導線の端部に近いほど樹脂の厚みが増すようにコイル導線を被覆加工したものである。   In this embodiment, the secondary self-resonant coil 110 and the primary self-resonant coil 240 are coated with an insulating resin in this embodiment where spark discharge can occur near the end of the coil conductor and in the vicinity of the end. The Then, based on the electric field distribution of the coil conductor shown in FIG. 4, the coil conductor is coated so that the thickness of the resin increases as it is closer to the end of the coil conductor.

図5は、二次自己共振コイル110および一次自己共振コイル240の端部の拡大図である。図5を参照して、自己共振コイルを構成するコイル導線410の周囲に絶縁性の樹脂420が被覆される。コイル導線410は、高導電性の電線であり、たとえば銀や銅から成る。樹脂420は、たとえばテフロン(登録商標)やシリコン等から成り、コイル導線410の端部に近いほど厚みが増すようにテーパ状に被覆加工される。   FIG. 5 is an enlarged view of the ends of the secondary self-resonant coil 110 and the primary self-resonant coil 240. Referring to FIG. 5, an insulating resin 420 is coated around the coil conductor 410 constituting the self-resonant coil. The coil conducting wire 410 is a highly conductive electric wire and is made of, for example, silver or copper. The resin 420 is made of, for example, Teflon (registered trademark), silicon, or the like, and is coated into a taper shape so that the thickness increases as the end of the coil conductive wire 410 is closer.

コイル導線410の端部に近いほど厚みが増すように樹脂420をテーパ状にしたのは、以下の理由による。すなわち、上述のように、送電電力が大きくなるとコイル端部だけでなく端部近傍においても電圧が空気の絶縁破壊限界を超えて火花放電が発生し得るので、コイル導線410の端部に絶縁性のキャップのようなものを単に被せるだけでは足りず、図4に示したコイル導線410の電界分布に基づいて樹脂420の厚みを決定したからである。   The reason why the resin 420 is tapered so as to increase in thickness as it approaches the end of the coil conductor 410 is as follows. That is, as described above, when the transmission power increases, not only the coil end but also the voltage in the vicinity of the end can cause a spark discharge to occur, so that the end of the coil conductor 410 has insulating properties. This is because the thickness of the resin 420 is determined based on the electric field distribution of the coil conductor 410 shown in FIG.

図6は、二次自己共振コイル110および一次自己共振コイル240の全長にわたる樹脂420の厚みを示した図である。なお、この図6では、樹脂420の厚みの変化が容易に理解できるように、二次自己共振コイル110(または一次自己共振コイル240)を直線状に伸ばして示される。   FIG. 6 is a diagram showing the thickness of the resin 420 over the entire length of the secondary self-resonant coil 110 and the primary self-resonant coil 240. In FIG. 6, secondary self-resonant coil 110 (or primary self-resonant coil 240) is linearly extended so that the change in thickness of resin 420 can be easily understood.

図6を参照して、樹脂420は、コイル導線410の両端部に近いほど厚みが増すようにテーパ状に被覆加工され、コイル導線410の中央寄りの部分では、樹脂420は設けられないか、あるいは薄く被覆加工される。図4に示したように、コイル導線410の中央寄りの部分では、コイル導線410の電圧は低く、絶縁破壊を起こすことはないので、樹脂420の被覆加工をしないか、もしくはコイル端部よりも樹脂420の厚みを薄くしたものである。これにより、樹脂420の量を低減できるとともにコイルの軽量化も図られ、さらにはコイルの放熱性も確保される。   Referring to FIG. 6, the resin 420 is coated in a tapered shape so that the thickness increases as it is closer to both ends of the coil conductor 410, and the resin 420 is not provided in a portion near the center of the coil conductor 410, Alternatively, it is thinly coated. As shown in FIG. 4, in the portion near the center of the coil conductor 410, the voltage of the coil conductor 410 is low and does not cause dielectric breakdown. The resin 420 is made thinner. Thereby, the amount of the resin 420 can be reduced, the weight of the coil can be reduced, and the heat dissipation of the coil can be secured.

以上のように、この実施の形態においては、二次自己共振コイル110および一次自己共振コイル240において、コイル導線410の端部に近いほど厚みが増すように絶縁性の樹脂420がテーパ状に被覆加工されるので、コイル導線410の端部に近づくほど絶縁破壊の限界値が高い。したがって、この実施の形態によれば、二次自己共振コイル110および一次自己共振コイル240において火花放電が発生するのを防止することができる。   As described above, in this embodiment, in the secondary self-resonant coil 110 and the primary self-resonant coil 240, the insulating resin 420 is coated in a taper shape so that the thickness increases as the end of the coil conducting wire 410 is closer. Since it is processed, the limit value of dielectric breakdown increases as it approaches the end of the coil conductor 410. Therefore, according to this embodiment, it is possible to prevent the occurrence of spark discharge in secondary self-resonant coil 110 and primary self-resonant coil 240.

また、コイル導線410全長に亘って樹脂420の厚みを一律に厚くするのではなくコイル導線410の端部に近いほど厚みが増すようにしたので、樹脂量の低減およびコイルの軽量化を図ることができる。また、コイルの放熱性も確保することができる。   In addition, the thickness of the resin 420 is not uniformly increased over the entire length of the coil conductor 410, but the thickness is increased as it is closer to the end of the coil conductor 410, so that the amount of resin can be reduced and the weight of the coil can be reduced. Can do. Moreover, the heat dissipation of a coil can also be ensured.

なお、上記の実施の形態において、電動車両は、モータ170に加えてエンジンを動力源としてさらに搭載したハイブリッド車両であってもよい。また、電動車両は、直流電源として燃料電池を搭載した燃料電池車であってもよい。   In the above-described embodiment, the electric vehicle may be a hybrid vehicle further equipped with an engine as a power source in addition to the motor 170. The electric vehicle may be a fuel cell vehicle equipped with a fuel cell as a DC power source.

また、上記においては、給電装置200から供給される電力は、蓄電装置150に充電されるものとしたが、この発明は、蓄電装置を備えない車両にも適用可能である。すなわち、走行中に給電装置から電力を受電しながらモータで走行する電動車両にもこの発明は適用可能である。   In the above description, the power supplied from power supply device 200 is charged in power storage device 150. However, the present invention is also applicable to a vehicle that does not include the power storage device. That is, the present invention is also applicable to an electric vehicle that travels with a motor while receiving power from a power feeding device during traveling.

なお、上記において、二次自己共振コイル110および一次自己共振コイル240の各々は、この発明における「共鳴コイル」の一実施例に対応する。   In the above description, each of secondary self-resonant coil 110 and primary self-resonant coil 240 corresponds to an example of a “resonant coil” in the present invention.

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and is intended to include meanings equivalent to the scope of claims for patent and all modifications within the scope.

この発明の実施の形態による非接触給電システムの全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of a non-contact power feeding system according to an embodiment of the present invention. 共鳴法による送電の原理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the principle of the power transmission by the resonance method. 電流源(磁流源)からの距離と電磁界の強度との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the distance from an electric current source (magnetic current source), and the intensity | strength of an electromagnetic field. 図1に示す二次自己共振コイルおよび一次自己共振コイルの電界分布を示した図である。It is the figure which showed the electric field distribution of the secondary self-resonance coil and primary self-resonance coil which are shown in FIG. 二次自己共振コイルおよび一次自己共振コイルの端部の拡大図である。It is an enlarged view of the edge part of a secondary self-resonance coil and a primary self-resonance coil. 二次自己共振コイルおよび一次自己共振コイルの全長にわたる樹脂の厚みを示した図である。It is the figure which showed the thickness of resin over the full length of a secondary self-resonance coil and a primary self-resonance coil.

符号の説明Explanation of symbols

100 電動車両、110,340 二次自己共振コイル、120,350 二次コイル、130 整流器、140 DC/DCコンバータ、150 蓄電装置、160 PCU、170 モータ、180 車両ECU、210 交流電源、220 高周波電力ドライバ、230,320 一次コイル、240,330 一次自己共振コイル、360 負荷、410 コイル導線、420 樹脂。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Electric vehicle, 110, 340 Secondary self-resonant coil, 120, 350 Secondary coil, 130 Rectifier, 140 DC / DC converter, 150 Power storage device, 160 PCU, 170 Motor, 180 Vehicle ECU, 210 AC power supply, 220 High frequency power Driver, 230, 320 Primary coil, 240, 330 Primary self-resonant coil, 360 load, 410 coil conductor, 420 resin.

Claims (6)

他のコイルと電磁場を介して共鳴することにより前記コイルへ送電しまたは前記コイルから受電する共鳴コイルであって、
所定の共鳴周波数で電気的に共振するコイル導線と、
前記コイル導線の端部に近いほど厚みが増すように前記コイル導線に被覆加工される絶縁性の樹脂とを備える共鳴コイル。
A resonance coil that transmits power to or receives power from the coil by resonating with another coil via an electromagnetic field,
A coil conductor that electrically resonates at a predetermined resonance frequency;
A resonance coil comprising: an insulating resin coated on the coil conductor such that the thickness thereof increases as the end of the coil conductor is closer.
前記樹脂の厚みは、前記コイル導線の電界分布に応じて決定される、請求項1に記載の共鳴コイル。   The resonance coil according to claim 1, wherein the thickness of the resin is determined according to an electric field distribution of the coil conductor. 前記樹脂は、前記コイル導線の非中央部から端部へ向かってテーパ状に被覆加工される、請求項1または請求項2に記載の共鳴コイル。   The resonance coil according to claim 1, wherein the resin is coated in a tapered shape from a non-central portion to an end portion of the coil conductor. 電源から電力を受ける一次コイルと、
前記一次コイルから電磁誘導により給電され、電磁場を発生する一次自己共振コイルと、
前記電磁場を介して前記一次自己共振コイルと共鳴することにより前記一次自己共振コイルから受電する二次自己共振コイルと、
前記二次自己共振コイルによって受電された電力を電磁誘導により取出す二次コイルと、
前記二次コイルによって取出された電力を整流して負荷へ供給する整流器とを備え、
前記一次自己共振コイルおよび前記二次自己共振コイルの各々は、
所定の共鳴周波数で電気的に共振するコイル導線と、
前記コイル導線の端部に近いほど厚みが増すように前記コイル導線に被覆加工される絶縁性の樹脂とを含む、非接触給電システム。
A primary coil that receives power from a power source;
A primary self-resonant coil that is fed by electromagnetic induction from the primary coil and generates an electromagnetic field;
A secondary self-resonant coil that receives power from the primary self-resonant coil by resonating with the primary self-resonant coil via the electromagnetic field;
A secondary coil that takes out the electric power received by the secondary self-resonant coil by electromagnetic induction;
A rectifier that rectifies the power extracted by the secondary coil and supplies the rectified power to a load
Each of the primary self-resonant coil and the secondary self-resonant coil is:
A coil conductor that electrically resonates at a predetermined resonance frequency;
A non-contact power feeding system including an insulating resin that is coated on the coil conductor such that the thickness increases as the end of the coil conductor is closer.
前記樹脂の厚みは、前記コイル導線の電界分布に応じて決定される、請求項4に記載の非接触給電システム。   The contactless power feeding system according to claim 4, wherein the thickness of the resin is determined according to an electric field distribution of the coil conductor. 前記樹脂は、前記コイル導線の非中央部から端部へ向かってテーパ状に被覆加工される、請求項4または請求項5に記載の非接触給電システム。   The non-contact power feeding system according to claim 4 or 5, wherein the resin is coated in a taper shape from a non-central portion to an end portion of the coil conducting wire.
JP2008239629A 2008-09-18 2008-09-18 Resonance coil and non-contact feeding system Withdrawn JP2010073885A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008239629A JP2010073885A (en) 2008-09-18 2008-09-18 Resonance coil and non-contact feeding system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008239629A JP2010073885A (en) 2008-09-18 2008-09-18 Resonance coil and non-contact feeding system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2010073885A true JP2010073885A (en) 2010-04-02

Family

ID=42205403

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008239629A Withdrawn JP2010073885A (en) 2008-09-18 2008-09-18 Resonance coil and non-contact feeding system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2010073885A (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012086473A1 (en) * 2010-12-20 2012-06-28 Yazaki Corporation Resonance coil and contactless power transmission system incorporating the same resonance coil
JP2012134250A (en) * 2010-12-20 2012-07-12 Yazaki Corp Resonance coil and non-contact power transmission device equipped with resonance coil
JP2012134248A (en) * 2010-12-20 2012-07-12 Yazaki Corp Resonance coil and non-contact power transmission device with resonance coil
JP2012134249A (en) * 2010-12-20 2012-07-12 Yazaki Corp Resonance coil and non-contact power transmission device with resonance coil
KR101198072B1 (en) 2010-06-01 2012-11-07 서강대학교산학협력단 Wireless battery charging method and device using vibration of magnetelastic material
WO2012157114A1 (en) 2011-05-19 2012-11-22 トヨタ自動車株式会社 Power-reception device, power-transmission device, and power-transfer system
WO2014065468A1 (en) * 2012-10-26 2014-05-01 전자부품연구원 Apparatus for supplying wireless power and electronic device comprising same
US20150308905A1 (en) * 2013-01-08 2015-10-29 Ihi Corporation Foreign matter detection device

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101198072B1 (en) 2010-06-01 2012-11-07 서강대학교산학협력단 Wireless battery charging method and device using vibration of magnetelastic material
WO2012086473A1 (en) * 2010-12-20 2012-06-28 Yazaki Corporation Resonance coil and contactless power transmission system incorporating the same resonance coil
JP2012134250A (en) * 2010-12-20 2012-07-12 Yazaki Corp Resonance coil and non-contact power transmission device equipped with resonance coil
JP2012134248A (en) * 2010-12-20 2012-07-12 Yazaki Corp Resonance coil and non-contact power transmission device with resonance coil
JP2012134249A (en) * 2010-12-20 2012-07-12 Yazaki Corp Resonance coil and non-contact power transmission device with resonance coil
WO2012157114A1 (en) 2011-05-19 2012-11-22 トヨタ自動車株式会社 Power-reception device, power-transmission device, and power-transfer system
WO2014065468A1 (en) * 2012-10-26 2014-05-01 전자부품연구원 Apparatus for supplying wireless power and electronic device comprising same
US20150308905A1 (en) * 2013-01-08 2015-10-29 Ihi Corporation Foreign matter detection device
US10018516B2 (en) * 2013-01-08 2018-07-10 Ihi Corporation Foreign matter detection device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4743244B2 (en) Non-contact power receiving device
WO2010038297A1 (en) Self-resonant coil, contactless power transferring apparatus, and vehicle
JP4962621B2 (en) Non-contact power transmission device and vehicle equipped with non-contact power transmission device
JP5016069B2 (en) Power transmission system and vehicle power supply device
JP2010074937A (en) Non-contact power receiving apparatus and vehicle equipped with the same
JP5077340B2 (en) Non-contact power receiving apparatus and manufacturing method thereof
JP5668676B2 (en) Power receiving device, vehicle including the same, power transmitting device, and power transmission system
WO2010038326A1 (en) Noncontact power transfer apparatus, method for manufacturing noncontact power transfer apparatus, and vehicle equipped with noncontact power transfer apparatus
JP5152446B2 (en) Non-contact power supply equipment
JP5718619B2 (en) Coil unit, contactless power transmission device, vehicle, and contactless power supply system
JP2010098807A (en) Noncontact power supply system
JP5867511B2 (en) Power transmission device, power reception device, and power transmission system
JP5141770B2 (en) Vehicle receiving energy supply from outside by non-contact method and vehicle control method
US20140225563A1 (en) Power transmitting device, vehicle, and power transfer system
JP5625263B2 (en) Coil unit, non-contact power transmission device, non-contact power supply system, and electric vehicle
JP2010073885A (en) Resonance coil and non-contact feeding system
JP2011167036A (en) Electric power feed device for vehicle, and electric power reception device
JPWO2010041318A1 (en) Non-contact power receiving apparatus and vehicle equipped with the same
JP2011166992A (en) Power supply apparatus
Amin et al. Design and simulation of wireless stationary charging system for hybrid electric vehicle using inductive power pad in parking garage
JP2011166931A (en) Power receiving device and vehicle with the same
Krishnan et al. Effect of proximal metallic objects on the performance of wireless charging systems for electric vehicles

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20111206