JP2012043966A - 非接触給電コイル - Google Patents

Abstract

【課題】作製の手間を簡素化し、商用周波数より高い周波数（数ｋＨｚ以上）帯域において、渦電流損失を低減できる、非接触給電コイルを提供する。
【解決手段】非接触給電コイルにおいて、絶縁されていない複数本の素線２からなる導体３を巻回し、絶縁体４によりモールドしたこと、あるいは、絶縁されていない複数本の素線を絶縁体でケーブル化して導体とし、この導体を巻回した。
【選択図】図１

Description

本発明は、非接触給電装置の非接触給電コイルに係り、特に、商用周波数より高い周波数（数ｋＨｚ以上）により電力を伝送する非接触給電コイルに関するものである。

磁気支持された装置や医療器具、湿潤な環境で使用する装置などでは、移動体や回転体に電線やケーブルを接続して、又は接触により給電をすることは難しい。また、通常の移動体や回転体でも、接触による給電では摩耗の問題や感電の危険があり、非接触で効率よくエネルギーを伝達する手段が求められている。
かかる非接触で電力を伝達する手段には、（１）電磁誘導を利用した変圧器方式、（２）移動体や回転体の運動エネルギーを利用した発電機方式、（３）電磁波を利用した方式、などが考えられる。

上記した三つの方式の中では、（１）の変圧器方式が効率や空隙の広さ等で優れており、数十ｃｍ程度の空隙に対して、数ｋＷ程度の電力を供給する例が示されている（下記非特許文献１〜非特許文献３参照）。
一方で、変圧器方式の非接触給電では、通常の変圧器のような磁気回路が閉じている装置に比べて、大きな空隙が必ず存在するため、変圧器の励磁電流を一次側から送る必要がある。

このため、効率よく電力を伝達するためには、電源周波数を数ｋＨｚ以上と高くする必要がある（高周波変圧器方式非接触給電装置）。
図６〜図８は従来の非接触給電コイルの構成図であり、図６（ａ）〜８（ａ）は非接触給電コイルを示す図、図６（ｂ）〜８（ｂ）はそれぞれ図６（ａ）〜８（ａ）のＥ部拡大図である。

従来、非接触給電装置では、非接触給電コイル１０１で発生する渦電流損失を低く抑えるため、図６に示すように、導線１０２の素線一本一本をエナメルなどの絶縁体１０３で絶縁したもの〔リッツ線（Ｌｉｔｚ Ｗｉｒｅ）：個々に絶縁された線からなる多くの線を撚って編んだ線〕を導体１０４とし、この導体１０４を巻回して絶縁体１０５でモールドし、非接触給電コイル１０１としていた。

または、図７に示すように、非接触給電コイル２０１は、渦電流損失を低く抑えるために、素線２０２一本一本をエナメルなどの絶縁体２０４でケーブル化した導体２０５を巻回して形成していた。
また、図８に示すように、非接触給電コイルの一種として、単芯線３０２を導体として用いた非接触給電コイル３０１がある。

Ｍ．Ｂａｕｅｒ，Ｐ．Ｂｅｃｋｅｒ，Ｑ．Ｚｈｅｎｇ，"Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ（ＩＰＳ） ｆｏｒ ｔｈｅ Ｔｒａｎｓｒａｐｉｄ"，Ｍａｇｌｅｖ ２００６，Ｖｏｌ．２，ｐｐ．４７１（２００６） 紙屋雄史，中村幸司，中村達，大聖泰弘，高橋俊輔，山本喜多男，佐藤剛、松木英敏、成澤和幸，「電動車両用非接触急速誘導充電装置の開発と性能評価（第１報）−送電部と受電部の設計最適化ならびに機器の性能評価−」，自動車技術会春季学術講演会前刷集，２００７ 谷澤秀一，内藤信吾，「無接触給電搬送システムの技術と新市場」，ＤＡＩＦＵＫＵ ＮＥＷＳ，Ｎｏ．１６１，ｐｐ．１０（２００１）

しかしながら、従来の非接触給電コイルは、素線一本一本を絶縁するため、費用や手間がかかり、また、導体全体として占積率が低くなってしまうといった問題があった。
また、素線一本一本を絶縁すると、コイル口出し部の処理、特に絶縁をはがす作業が大変であった。
本発明は、上記状況に鑑みて、製作の手間を簡素化し、商用周波数より高い周波数（数ｋＨｚ以上）帯域において、渦電流損失を低減できる、非接触給電装置の非接触給電コイルを提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕非接触給電コイルにおいて、絶縁されていない複数本の素線からなる導体を巻回し、絶縁体によりモールドしたことを特徴とする。
〔２〕非接触給電コイルにおいて、絶縁されていない複数本の素線を絶縁体でケーブル化して導体とし、この導体を巻回したことを特徴とする。

〔３〕上記〔１〕記載の非接触給電コイルにおいて、前記導体は、前記素線間の空隙に絶縁体を配置して形成されることを特徴とする。
〔４〕上記〔３〕記載の非接触給電コイルにおいて、前記素線間の空隙に配置される絶縁体が、所定温度で溶解することを特徴とする。
〔５〕上記〔１〕から〔４〕記載の非接触給電コイルにおいて、商用周波数より大きく、数ｋＨｚ以上の高周波数で使用されることを特徴とする。

本発明によれば、素線一本一本は絶縁することなく、製作の手間を簡素化してその費用を低減し、かつ商用周波数より高い周波数（数ｋＨｚ以上）帯域において、渦電流損失を低減した非接触給電コイルを構成することができる。

本発明の第１実施例を示す非接触給電コイルの構成図である。 本発明の非接触給電コイルと従来の非接触給電コイルの周波数−渦電流損失特性を示す図である。 本発明の第２実施例を示す非接触給電コイルの構成図である。 本発明の第３実施例を示す非接触給電コイルの構成図である。 本発明の第４実施例を示す非接触給電コイルの構成図である。 従来の非接触給電コイル（その１）の構成図である。 従来の非接触給電コイル（その２）の構成図である。 従来の非接触給電コイル（その３）の構成図である。

本発明の非接触給電コイルは、絶縁されていない複数本の素線からなる導体を巻回し、絶縁体によりモールドした。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は本発明の第１実施例を示す非接触給電コイルの構成図であり、図１（ａ）はその非接触給電コイルを示す図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ部拡大図である。
この図において、１は非接触給電コイル、２は素線、３は複数本の素線２からなる導体、４は絶縁体である。

本発明の非接触給電コイルは、導体３を構成する複数本の素線２それぞれを絶縁することなく用いる。この実施例では、一本一本が絶縁されていない複数本の素線２からなる導体３を巻回し、それを絶縁体４でモールドして非接触給電コイル１としている。
このように構成することにより、複数本の素線２それぞれを絶縁することなく、非接触給電コイル１を形成しているので、従来の図６及び図７に示すコイルのように素線一本一本を絶縁したものよりも、製作の手間が大幅に簡素化され、また、その費用も低減することができる。

図２は本発明の非接触給電コイルと従来の非接触給電コイルの周波数−渦電流損失特性を示す図である。なお、縦軸の渦電流損失は、直流の損失を１とした場合に規格化した数値を示している。
この図において、ａは図８に示した単芯線、つまり、大きい径の単一の線からなる非接触給電コイル、ｂは図６に示した従来の非接触給電コイル、ｃは図１に示す本発明の非接触給電コイルの特性をそれぞれ示している。

この図から、本発明の非接触給電コイルｃは、従来の非接触給電コイルｂに比べて、５０ｋＨｚ以上の高い周波数の領域では渦電流損失が増加するものの、単芯線の非接触給電コイルａに比べては格段に小さい値を示していることがわかる。非接触給電に使用する周波数は２０ｋＨｚ以下である場合が殆どであり、実質的には、本発明の非接触給電コイルの渦電流損失は、従来の非接触給電コイルに比べて遜色がないことがわかる。

図３は本発明の第２実施例を示す非接触給電コイルの構成図であり、図３（ａ）はその非接触給電コイルを示す図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ部拡大図である。
この図において、１１は非接触給電コイル、１２は素線、１３は複数本の素線１２をケーブル化する絶縁体、１４は絶縁体１３によりケーブル化された導体である。
この実施例では、一本一本が絶縁されていない複数本の素線１２を絶縁体１３によってケーブル化して導体１４とし、その導体１４を巻回して非接触給電コイル１１としている。

図４は本発明の第３実施例を示す非接触給電コイルの構成図であり、図４（ａ）はその非接触給電コイルを示す図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＣ部拡大図である。
この図において、２１は非接触給電コイル、２２は素線、２３は素線２２と共に巻き込まれる絶縁体、２４は複数の素線２２と絶縁体２３とからなる導体、２５は巻回した導体２４をモールドする絶縁体である。

この実施例では、一本一本が絶縁されていない複数本の素線２２の間に一定温度で溶解する絶縁体２３を配置して導体２４とし、この導体２４を巻回して絶縁体２５でモールドして非接触給電コイル２１としている。
図５は本発明の第４実施例を示す非接触給電コイルの構成図であり、図５（ａ）はその非接触給電コイルを示す図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＤ部拡大図である。

この図において、３１は非接触給電コイル、３２は素線、３３は素線３２と共に巻き込まれる、所定温度で溶解する絶縁体、３４は複数本の素線３２と絶縁体３３とからなる導体、３５は巻回した導体３４をモールドする絶縁体である。
この実施例では、一本一本が絶縁されていない複数本の素線３２の間に一定温度で溶解する絶縁体３３を配置して導体３４とし、この導体３４を巻回して絶縁体３５でモールドして非接触給電コイル３１としている。

上記各実施例で説明した本発明の非接触給電コイルは、素線一本一本を絶縁しないため、絶縁を行う手間やコイル口出し部の処理、特に絶縁をはがす作業を省くことができ、製作の費用も低減することができる。
また、素線一本一本を絶縁せずに導体にすることで、導体全体の占積率を高くすることができる。

このようにして構成された本発明の非接触給電コイルは、商用周波数より高い周波数帯域でも渦電流損失を低減した非接触給電コイルとして、鉄道車両用非接触給電装置などに適用することができる。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の非接触給電コイルは、商用周波数より高い周波数（数ｋＨｚ以上）帯域において、渦電流損失を低減した非接触給電コイルとして利用可能である。

１，１１，２１，３１ 非接触給電コイル
２，１２，２２，３２ 素線
３，２４，３４ 導体
４，１３，２３，２５，３５ 絶縁体
１４ ケーブル化された導体
３３ 所定温度で溶解する絶縁体

Claims (5)

1. 絶縁されていない複数本の素線からなる導体を巻回し、絶縁体によりモールドしたことを特徴とする非接触給電コイル。
2. 絶縁されていない複数本の素線を絶縁体でケーブル化して導体とし、該導体を巻回したことを特徴とする非接触給電コイル。
3. 請求項１記載の非接触給電コイルにおいて、前記導体は、前記素線間の空隙に絶縁体を配置して形成されることを特徴とする非接触給電コイル。
4. 請求項３記載の非接触給電コイルにおいて、前記素線間の空隙に配置される絶縁体が所定温度で溶解することを特徴とする非接触給電コイル。
5. 請求項１から４記載の非接触給電コイルにおいて、商用周波数より大きく、数ｋＨｚ以上の高周波数で使用されることを特徴とする非接触給電コイル。

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