JP2020178034A - Non-contact power supply transmission coil unit, manufacturing method thereof, and non-contact power supply device - Google Patents

Non-contact power supply transmission coil unit, manufacturing method thereof, and non-contact power supply device Download PDF

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穎剛 卜
勉 水野
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Abstract

To provide a non-contact power supply transmission coil unit that reduces high frequency loss due to coil skin effect and proximity effect, suppresses an increase in AC resistance, and can be manufactured at low cost, and a non-contact power supply device with high transmission efficiency using a transmission coil unit.SOLUTION: A non-contact power supply transmission coil unit includes a coil 2 wound in a spiral, and a magnetic shield 3 arranged so as to face the coil surface of the coil 2, and the coil cross-sectional shape in the winding direction of a coil conductor of each winding has a shape portion that follows the flow of a magnetic flux line generated when the coil 2 is energized.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、非接触で高効率に電力を伝送できる、非接触給電用伝送コイルユニット、非接触給電用伝送コイルユニットの製造方法、および非接触給電装置に関する。 The present invention relates to a non-contact power supply transmission coil unit, a method for manufacturing a non-contact power supply transmission coil unit, and a non-contact power supply device capable of transmitting electric power in a non-contact manner with high efficiency.

近年、電気自動車やハイブリッド型自動車などの車両のバッテリーの充電に対して、電磁誘導方式のワイヤレス給電装置の使用が検討されている。ワイヤレス給電装置では、送電コイルに高周波の強電流(概ね数10kHz〜200kHz、数十アンペア)を通電し、送電コイルから発生する高周波磁界を受電コイルが受け取ることで、非接触で電力送電する。 In recent years, the use of an electromagnetic induction type wireless power feeding device has been studied for charging the battery of a vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle. In the wireless power feeding device, a high-frequency strong current (generally several tens of kHz to 200 kHz, several tens of amperes) is applied to the power transmission coil, and the power receiving coil receives the high-frequency magnetic field generated from the power transmission coil to transmit power in a non-contact manner.

このような非接触給電装置では、装置の薄型化に対応すべく渦巻状(スパイラル状)の断面矩形の平面コイルが用いられる。また高周波磁界によって周囲の金属製部品に渦電流が発生し異常発熱が起きることを回避するため、フェライト等からなる磁気シールドをコイル近傍に配置している(例えば、特許文献1)。伝送コイルユニットは、平面コイルと磁気シールドの組合せで構成される。 In such a non-contact power feeding device, a planar coil having a spiral shape and a rectangular cross section is used in order to cope with the thinning of the device. Further, in order to prevent an eddy current from being generated in surrounding metal parts due to a high frequency magnetic field and abnormal heat generation, a magnetic shield made of ferrite or the like is arranged near the coil (for example, Patent Document 1). The transmission coil unit is composed of a combination of a flat coil and a magnetic shield.

伝送コイルユニットにおいて、コイルに通電した際、コイル断面を囲むように磁束線が発生する。磁束線は、磁気シールドの透磁率が高いため、磁気シールドの表面から略垂直に流れるよう分布する。また前記コイルは、1本の導線が巻回されて形成されているが、等価的に複数の導体(コイル導体)が互いに近接して配置されていると考えてよい。このため、コイルには、自身を流れる電流による表皮効果と近接するコイル導体に生じる渦電流による近接効果の両方が存在する。したがって、各コイル導体を流れる電流は、導体内部で偏ったものとなっており、特にコイルの内周部でコイル導体内の内周側に、外周部でコイル導体内の外周側に偏ったものとなって、それらの部分で電流が集中し磁束線も集中している。 In the transmission coil unit, when the coil is energized, magnetic flux lines are generated so as to surround the coil cross section. Since the magnetic flux lines have high magnetic permeability of the magnetic shield, they are distributed so as to flow substantially vertically from the surface of the magnetic shield. Further, although the coil is formed by winding one conducting wire, it may be considered that a plurality of conductors (coil conductors) are equivalently arranged close to each other. Therefore, the coil has both a skin effect due to the current flowing through the coil and a proximity effect due to the eddy current generated in the adjacent coil conductor. Therefore, the current flowing through each coil conductor is biased inside the conductor, and in particular, the inner peripheral portion of the coil is biased toward the inner peripheral side inside the coil conductor, and the outer peripheral portion is biased toward the outer peripheral side inside the coil conductor. Therefore, the current is concentrated in those parts and the magnetic flux lines are also concentrated.

しかながら、従来のコイルは断面矩形の平面コイルであるため高周波表皮厚さが薄く、上記の電流が集中して流れる部分のコイル導体の断面積が小さい。このため交流抵抗が増大して、電力伝送効率の低下が問題となっている。 However, since the conventional coil is a flat coil having a rectangular cross section, the high frequency skin thickness is thin, and the cross-sectional area of the coil conductor in the portion where the above current is concentrated flows is small. Therefore, the AC resistance increases, and the decrease in power transmission efficiency becomes a problem.

これに対して、コイルの巻線として多数の絶縁素線をより合わせたリッツ線を使用することが知られている(例えば、特許文献2)。リッツ線は、細い素線(例えば線径0.1mm以下のエナメル線)を数多く(例えば500本以上)より合わせた線である。表皮効果や近接効果による高周波損失を抑制することができる。しかしながら、素線が細く本数の多いリッツ線は、製造コストが高いという問題があった。 On the other hand, it is known to use a litz wire obtained by twisting a large number of insulating strands as a coil winding (for example, Patent Document 2). The litz wire is a wire obtained by combining a large number (for example, 500 or more) of thin strands (for example, enamel wire having a diameter of 0.1 mm or less). It is possible to suppress high frequency loss due to the skin effect and proximity effect. However, the litz wire having a thin wire and a large number of wires has a problem that the manufacturing cost is high.

特開2013−201296号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-201296 特開2016−219252号公報JP-A-2016-219252

そこで、本発明は、上記事情に鑑み、コイルの表皮効果や近接効果による高周波損失を低減し、交流抵抗の増大を抑制して、低コストで製造可能な非接触給電用の伝送コイルユニットを提供することを目的とする。 Therefore, in view of the above circumstances, the present invention provides a transmission coil unit for non-contact power feeding that can be manufactured at low cost by reducing high frequency loss due to the skin effect and proximity effect of the coil and suppressing an increase in AC resistance. The purpose is to do.

本発明の非接触給電用伝送コイルユニットは、渦巻状に巻回されたコイルと所定の距離をおいて前記コイルのコイル面に対向するように配置された磁気シールドとを備えた非接触給電用伝送コイルユニットであって、各巻のコイル導体の巻回方向のコイル断面形状が、前記コイルに電流が流れた際に発生する磁束線に沿う形状部分を有する。 The non-contact power supply transmission coil unit of the present invention is for non-contact power supply including a coil wound in a spiral shape and a magnetic shield arranged so as to face the coil surface of the coil at a predetermined distance. The transmission coil unit has a portion in which the coil cross-sectional shape in the winding direction of the coil conductor of each winding is along the magnetic flux line generated when a current flows through the coil.

前記コイル断面形状が矩形形状であって、前記矩形形状の長手方向が、前記コイルの内周部と外周部において前記磁気シールドの磁気シールド面に略垂直であり、前記内周部と外周部の間の中央部において前記磁気シールド面に略平行であって、かつ、前記磁気シールド面に対する前記矩形形状の長手方向の角度が、前記内周部と前記中央部の間および前記中央部と前記外周部の間で、段階的に変化していてもよい。 The cross-sectional shape of the coil is rectangular, and the longitudinal direction of the rectangular shape is substantially perpendicular to the magnetic shield surface of the magnetic shield at the inner peripheral portion and the outer peripheral portion of the coil, and the inner peripheral portion and the outer peripheral portion. The rectangular shape is substantially parallel to the magnetic shield surface at the central portion between the two, and the angle in the longitudinal direction of the rectangular shape is between the inner peripheral portion and the central portion and between the central portion and the outer peripheral portion. It may change stepwise between departments.

前記コイル断面形状がコの字形状であって、前記コの字形状の凹部が前記磁気シールド面に対向していてもよい。 The cross-sectional shape of the coil may be U-shaped, and the U-shaped recess may face the magnetic shield surface.

矩形状の平面形状をなし、辺部分が直線部、角部が円弧部となる渦巻き状の溝が形成された非磁性絶縁体を備え、前記コイルは前記溝中に連続して設けられてもよい。 It is provided with a non-magnetic insulator having a rectangular planar shape, a spiral groove having a straight side portion and an arc portion at a corner portion, and the coil is continuously provided in the groove. Good.

前記非磁性絶縁体は1W/(mK)以上の熱伝導率を有する樹脂であってもよい。 The non-magnetic insulator may be a resin having a thermal conductivity of 1 W / (mK) or more.

前記コイル導体の少なくとも側面は、直接的または間接的に前記前記非磁性絶縁体を接していてもよい。 At least the side surface of the coil conductor may be directly or indirectly in contact with the non-magnetic insulator.

前記コの字形状の上面幅に対する側面長の比が、前記コイルの内周部と外周部において最大であり、前記内周部と外周部の間の中央部において最小であって、かつ、前記比が、前記内周部と前記中央部の間および前記中央部と前記外周部の間で、段階的に変化していてもよい。 The ratio of the side length to the width of the upper surface of the U-shape is the maximum at the inner peripheral portion and the outer peripheral portion of the coil, the minimum at the central portion between the inner peripheral portion and the outer peripheral portion, and the said. The ratio may change stepwise between the inner peripheral portion and the central portion and between the central portion and the outer peripheral portion.

前記コイル断面形状の、少なくとも前記磁気シールド面に対向している面と反対側の表面および側面に磁性層が形成されていてもよい。 A magnetic layer may be formed on at least the surface and the side surface of the coil cross-sectional shape opposite to the surface facing the magnetic shield surface.

前記非接触給電用伝送コイルユニットの製造方法は、金属平板をレーザ加工またはプレス加工によって渦巻状に溝切り加工する工程と、溝切り加工された前記金属平板をプレス加工によって変形させる工程を含んでもよい。 The method for manufacturing the non-contact power supply transmission coil unit may include a step of spirally grooving the metal flat plate by laser processing or press working, and a step of deforming the grooved metal flat plate by press working. Good.

前記非接触給電用伝送コイルユニットの製造方法は、金属平板をレーザ加工またはプレス加工によって渦巻状に溝切り加工する工程と、溝切り加工された前記金属平板をプレス加工によって変形させる工程と、溝切り加工された前記金属平板の表面に磁性層を形成する工程を含んでもよい。 The method for manufacturing the non-contact power feeding transmission coil unit includes a step of grooving a metal flat plate in a spiral shape by laser processing or press working, a step of deforming the grooved metal flat plate by press working, and a groove. A step of forming a magnetic layer on the surface of the metal flat plate that has been cut may be included.

本発明の非接触給電装置は前記非接触給電用伝送コイルユニットを、送電コイルとしてまたは送電コイルおよび受電コイルとして用いてもよい。 In the non-contact power feeding device of the present invention, the non-contact power transmission transmission coil unit may be used as a power transmission coil or as a power transmission coil and a power reception coil.

以上の構成により、各巻のコイル導体の内部において、磁束線が集中する部分に電流が集中する。さらに、各巻のコイル導体の巻回方向のコイル断面形状が、コイルに通電した際に発生する磁束線の流れに沿う形状部分を有する。よって、磁束線が沿って集中するこの形状部分に電流が集中する。しかしこの形状部分は、磁束線の流れに沿っているので、コイル導体の断面の中で占める面積が大きい。したがって、結果的にコイルの交流抵抗を低減できる。 With the above configuration, the current is concentrated in the portion where the magnetic flux lines are concentrated inside the coil conductor of each winding. Further, the coil cross-sectional shape in the winding direction of the coil conductor of each winding has a shape portion that follows the flow of magnetic flux lines generated when the coil is energized. Therefore, the current is concentrated in this shape portion where the magnetic flux lines are concentrated. However, since this shaped portion follows the flow of magnetic flux lines, it occupies a large area in the cross section of the coil conductor. Therefore, as a result, the AC resistance of the coil can be reduced.

また、前記コイルが前記非磁性絶縁体に埋め込まれるように固定することにより、給電時における前記コイルの振動を抑えることができる。さらに、コイルの熱を前記非磁性絶縁体に逃がすことができ、その結果、コイル自身の発熱による直流抵抗の増加を抑えることができる。 Further, by fixing the coil so as to be embedded in the non-magnetic insulator, vibration of the coil at the time of feeding can be suppressed. Further, the heat of the coil can be released to the non-magnetic insulator, and as a result, an increase in DC resistance due to heat generation of the coil itself can be suppressed.

また、コイル導体の断面形状の、少なくとも磁気シールド面に対向している面と反対側の表面および側面に磁性層を形成することにより、コイル導体の表面および側面に集中していた磁束線を磁性層に誘導してコイル導体を貫通する磁束線の数を減少できる。これにより、コイル導体内の渦電流を抑えコイルの交流抵抗をさらに低減できる。 Further, by forming a magnetic layer on the surface and side surface of the cross-sectional shape of the coil conductor, which is at least opposite to the surface facing the magnetic shield surface, the magnetic flux lines concentrated on the surface and side surface of the coil conductor are magnetic. The number of magnetic flux lines that can be guided to the layer and penetrate the coil conductor can be reduced. As a result, the eddy current in the coil conductor can be suppressed and the AC resistance of the coil can be further reduced.

また、金属平板をレーザ加工またはプレス加工によって渦巻状のコイル形状に加工し製造するこることにより、低コストで伝送コイルユニットを製造できる。さらにコイル表面に磁性層を設けることにより、コイル導体内の渦電流をさらに抑えることができ、伝送コイルユニットを簡便に低コストで製造できる。 Further, the transmission coil unit can be manufactured at low cost by processing the metal flat plate into a spiral coil shape by laser processing or press processing. Further, by providing the magnetic layer on the coil surface, the eddy current in the coil conductor can be further suppressed, and the transmission coil unit can be manufactured easily and at low cost.

また、表皮効果や近接効果による高周波損失を低減しつつ低コストで製造できる伝送コイルユニットを使用することにより、伝送効率が高くかつ低コストの非接触給電装置を提供できる。 Further, by using a transmission coil unit that can be manufactured at low cost while reducing high frequency loss due to the skin effect and proximity effect, it is possible to provide a non-contact power feeding device having high transmission efficiency and low cost.

第1〜第4の実施の形態に係る伝送コイルユニットの平面概略図である。It is a top view of the plane of the transmission coil unit which concerns on 1st to 4th Embodiment. 第1の実施の形態に係る伝送コイルユニットの断面概略図である。It is sectional drawing of the transmission coil unit which concerns on 1st Embodiment. 第2の実施の形態に係る伝送コイルユニットの断面概略図である。It is sectional drawing of the transmission coil unit which concerns on 2nd Embodiment. 第3の実施の形態に係る伝送コイルユニットの断面概略図である。It is sectional drawing of the transmission coil unit which concerns on 3rd Embodiment. 第4の実施の形態に係る伝送コイルユニットの断面概略図である。It is sectional drawing of the transmission coil unit which concerns on 4th Embodiment. 第5の実施の形態に係る伝送コイルユニットの断面概略図である。It is sectional drawing of the transmission coil unit which concerns on 5th Embodiment. 第5の実施の形態に係る伝送コイルユニットの平面図である。It is a top view of the transmission coil unit which concerns on 5th Embodiment. 第6の実施の形態に係る伝送コイルユニットのコイルのコイル導体の断面概略図である。It is sectional drawing of the coil conductor of the coil of the transmission coil unit which concerns on 6th Embodiment. 第7の実施の形態に係る伝送コイルユニットのコイルの製造工程を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the manufacturing process of the coil of the transmission coil unit which concerns on 7th Embodiment. 第8の実施の形態に係る伝送コイルユニットのコイルの製造工程を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the manufacturing process of the coil of the transmission coil unit which concerns on 8th Embodiment. 第9の実施の形態に係る非接触給電装置を説明する回路ブロック図である。It is a circuit block diagram explaining the non-contact power feeding apparatus which concerns on 9th Embodiment. コイルの計算モデルを説明する図(平面図)である。It is a figure (plan view) explaining the calculation model of a coil. 実施例1の伝送コイルユニットのコイルの断面寸法図である。It is sectional drawing of the coil of the transmission coil unit of Example 1. FIG. 実施例2の伝送コイルユニットのコイルおよび磁気シールドの断面寸法図である。It is sectional drawing of the coil and the magnetic shield of the transmission coil unit of Example 2. FIG. 実施例3の伝送コイルユニットのコイルおよび磁気シールドの断面寸法図である。It is sectional drawing of the coil and the magnetic shield of the transmission coil unit of Example 3. FIG. 比較例1の伝送コイルユニットのコイルおよび磁気シールドの断面寸法図である。It is sectional drawing of the coil and the magnetic shield of the transmission coil unit of the comparative example 1. FIG. 実施例12の伝送コイルユニットのコイルの断面寸法図である。It is sectional drawing of the coil of the transmission coil unit of Example 12. FIG. 実施例12の伝送コイルユニットのコイルの実測結果を示すグラフである。It is a graph which shows the actual measurement result of the coil of the transmission coil unit of Example 12.

本発明の実施形態に係る伝送コイルユニットおよびその製造方法ならびに伝送コイルユニットを用いた非接触給電装置について、図面に基づいて説明する。 A transmission coil unit according to an embodiment of the present invention, a method for manufacturing the same, and a non-contact power feeding device using the transmission coil unit will be described with reference to the drawings.

<1.伝送コイルユニット>
(第1の実施の形態)
図1は、第1〜第4の実施の形態に係る伝送コイルユニットの平面概略図である。伝送コイルユニット1は、アルミニウムまたは銅の金属からなるコイル導体21が渦巻状に巻回された平面のコイル2とこのコイル2のコイル面に対抗するように配置された磁気シールド3とを備えている。この例では、コイル2は、巻数6回巻でアルファ巻の平面コイルである。また磁気シールド3は、Ni系フェライト焼結体、Mn系フェライト焼結体等の各種のフェライト材料を用いることができるが、抵抗率の高いNiMn系フェライト焼結体がより好ましい。さらに、アルミニウムまたは銅の金属からなる電気シールド4が、コイル2と反対側の磁気シールド3の面に対向して配置されている。
<1. Transmission coil unit>
(First Embodiment)
FIG. 1 is a schematic plan view of a transmission coil unit according to the first to fourth embodiments. The transmission coil unit 1 includes a flat coil 2 in which a coil conductor 21 made of aluminum or copper metal is spirally wound, and a magnetic shield 3 arranged so as to oppose the coil surface of the coil 2. There is. In this example, the coil 2 is a flat coil having 6 turns and an alpha winding. Further, as the magnetic shield 3, various ferrite materials such as a Ni-based ferrite sintered body and an Mn-based ferrite sintered body can be used, but a NiMn-based ferrite sintered body having a high resistivity is more preferable. Further, an electric shield 4 made of aluminum or copper metal is arranged so as to face the surface of the magnetic shield 3 opposite to the coil 2.

図2は、第1の実施の形態に係る伝送コイルユニットの断面概略図であり、図1のA−A′断面の図である。コイル2に電流を通電して発生する磁束線5を点線で図示している。各巻のコイル導体21の巻回方向のコイル断面形状が、コイル2に通電した際に発生する磁束線5の流れに沿う形状部分を有している。 FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the transmission coil unit according to the first embodiment, and is a cross-sectional view taken along the line AA'of FIG. The magnetic flux line 5 generated by energizing the coil 2 with an electric current is shown by a dotted line. The coil cross-sectional shape of the coil conductor 21 of each winding in the winding direction has a shape portion along the flow of the magnetic flux line 5 generated when the coil 2 is energized.

すなわち、この例では、各巻のコイル導体21の断面形状は矩形形状であり、矩形形状の長手方向が、コイルの内周部22と外周部24において磁気シールド3の表面(磁気シールド面)に略垂直であり、内周部22と外周部24の間の中央部23において磁気シールド面に略平行である。さらに、磁気シールド面に対する矩形形状の長手方向の角度が、内周部22から中央部23にかけて、中央部23から外周部24にかけて、段階的に変化している。 That is, in this example, the cross-sectional shape of the coil conductor 21 of each winding is rectangular, and the longitudinal direction of the rectangular shape is substantially equal to the surface (magnetic shield surface) of the magnetic shield 3 at the inner peripheral portion 22 and the outer peripheral portion 24 of the coil. It is vertical and is substantially parallel to the magnetic shield surface at the central portion 23 between the inner peripheral portion 22 and the outer peripheral portion 24. Further, the angle of the rectangular shape in the longitudinal direction with respect to the magnetic shield surface changes stepwise from the inner peripheral portion 22 to the central portion 23 and from the central portion 23 to the outer peripheral portion 24.

コイル2は渦巻状の平面コイルであり、コイル導体21は巻回内周部から外周部にかけて連続して巻回されている。よって、コイル導体21の巻回の方法としては、磁気シールド面に対する矩形形状の長手方向の角度が巻回の一周の間で同じで、一周回る毎に少しずつ段階的に変化しているか、または当該角度がコイルの一周の間で緩やかに連続的に変化し、渦巻状コイル中心を通る断面で見るとコイルの内周部22から外周部24にかけて角度が段階的に変化しているようになっているかの、いずれの場合であってもよい。 The coil 2 is a spiral flat coil, and the coil conductor 21 is continuously wound from the inner peripheral portion to the outer peripheral portion of the winding. Therefore, as a method of winding the coil conductor 21, the angle in the longitudinal direction of the rectangular shape with respect to the magnetic shield surface is the same during one rotation of the winding, and it changes little by little or gradually with each rotation. The angle changes gently and continuously during one circumference of the coil, and when viewed in a cross section passing through the center of the spiral coil, the angle gradually changes from the inner peripheral portion 22 to the outer peripheral portion 24 of the coil. In any case, it does not matter.

コイル2を囲む磁束線5は、コイルの内周部22で磁気シールド3の磁気シールド面からほぼ垂直に発生し、中央部23でコイル導体にほぼ平行に流れ、外周部24で磁気シールド3にほぼ垂直に流入する。 The magnetic flux line 5 surrounding the coil 2 is generated substantially perpendicularly from the magnetic shield surface of the magnetic shield 3 at the inner peripheral portion 22 of the coil, flows substantially parallel to the coil conductor at the central portion 23, and becomes the magnetic shield 3 at the outer peripheral portion 24. It flows almost vertically.

第1の実施の形態においては、コイル導体21がその矩形断面の長手方向が磁束線5に沿うように配置されており、矩形形状が磁束線5の流れに沿う形状部分に相当する。 In the first embodiment, the coil conductor 21 is arranged so that the longitudinal direction of its rectangular cross section is along the magnetic flux line 5, and the rectangular shape corresponds to the shape portion along the flow of the magnetic flux line 5.

図2には、各巻のコイル導体21の内部において磁束線が集中し電流が概ね集中している部分をグレーで図示している。コイル導体21内の磁束線5と電流の集中は、コイルの内周部22ではコイル導体21の内周側で、そしてコイルの外周部24ではコイル導体21の外周側で、さらに内周部22と外周部24の間の中央部23ではコイル導体21の磁気シールド3と対向する面と反対側の面で、それぞれ生じている。 In FIG. 2, the portion where the magnetic flux lines are concentrated and the current is substantially concentrated inside the coil conductor 21 of each winding is shown in gray. The concentration of the magnetic flux lines 5 and the current in the coil conductor 21 is on the inner peripheral side of the coil conductor 21 at the inner peripheral portion 22 of the coil, on the outer peripheral side of the coil conductor 21 at the outer peripheral portion 24 of the coil, and further at the inner peripheral portion 22. In the central portion 23 between the outer peripheral portion 24 and the outer peripheral portion 24, the coil conductor 21 is formed on the surface opposite to the surface facing the magnetic shield 3 and on the opposite side.

このように第1の実施の形態においては、コイル導体21の巻回方向のコイル断面形状が、磁束線5の流れに沿う形状部分の矩形形状を有している。これにより、電流集中部分の断面積を大きくでき、交流抵抗の増加を抑制することができる。 As described above, in the first embodiment, the coil cross-sectional shape of the coil conductor 21 in the winding direction has a rectangular shape of a shape portion along the flow of the magnetic flux line 5. As a result, the cross-sectional area of the current-concentrated portion can be increased, and an increase in AC resistance can be suppressed.

なおこの実施の形態では、コイル断面形状が矩形形状であり矩形形状の長手方向が磁束線5の方向と一致しているが、コイル断面形状は矩形形状に限られない。コイル断面形状の長手方向が磁束線5の流れと概ね方向が揃っているか、または揃っている成分を有していれば、コイル断面形状は他の形状であってもよい。 In this embodiment, the coil cross-sectional shape is rectangular and the longitudinal direction of the rectangular shape coincides with the direction of the magnetic flux line 5, but the coil cross-sectional shape is not limited to the rectangular shape. The coil cross-sectional shape may be another shape as long as the longitudinal direction of the coil cross-sectional shape is substantially aligned with the flow of the magnetic flux line 5 or has a component that is aligned with the flow.

(第2の実施の形態)
図3は、第2の実施の形態に係る伝送コイルユニットの断面概略図である。第2の実施の形態に係る伝送コイルユニットの平面概略図は、図1と同じでもよい。図3は、前記平面概略図の図1のA−A′断面の図である。
(Second Embodiment)
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the transmission coil unit according to the second embodiment. The schematic plan view of the transmission coil unit according to the second embodiment may be the same as that in FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA'of FIG. 1 of the schematic plan view.

伝送コイルユニット1は、アルミニウムまたは銅の金属からなるコイル導体21が渦巻状に巻回された平面のコイル2とこのコイル2のコイル面に対向するように配置された磁気シールド3とを備えている。磁気シールド3は、Ni系フェライト焼結体、Mn系フェライト焼結体等の各種のフェライト材料を用いることができるが、抵抗率の高いNiMn系フェライト焼結体がより好ましい。なお電気シールドは省略し図示していない。 The transmission coil unit 1 includes a flat coil 2 in which a coil conductor 21 made of aluminum or copper metal is spirally wound, and a magnetic shield 3 arranged so as to face the coil surface of the coil 2. There is. As the magnetic shield 3, various ferrite materials such as a Ni-based ferrite sintered body and a Mn-based ferrite sintered body can be used, but a NiMn-based ferrite sintered body having a high resistivity is more preferable. The electric shield is omitted and not shown.

コイル導体21の巻回方向のコイル断面形状は、コの字形状であり、コの字形状の凹部が磁気シールド面に対向している。コイル2に通電して発生する磁束線は、各巻のコイル導体21の内部において、グレーで示した部分に集中し、電流もこの部分に集中する。この部分が磁束線5の流れに沿う形状部分に相当する。 The coil cross-sectional shape of the coil conductor 21 in the winding direction is U-shaped, and the U-shaped recess faces the magnetic shield surface. The magnetic flux lines generated by energizing the coil 2 are concentrated in the portion shown in gray inside the coil conductor 21 of each winding, and the current is also concentrated in this portion. This portion corresponds to a shape portion along the flow of the magnetic flux line 5.

すなわち、コイル2の内周部22ではコの字形状の内周側のLの字部分が概ね磁束線5の流れに沿う形状部分に相当し、外周部24ではコの字形状の外周側のLの字部分が概ね磁束線5の流れに沿う形状部分に相当し、そして中央部23ではコの字形状の磁気シールド面に対向する側と反対側の平な部分が概ね磁束線5の流れに沿う形状部分に相当する。よって、第2の実施の形態に係る伝送コイルユニット1のコイル2は、磁束線5の流れに沿う形状部分を有しているといえる。これにより、交流抵抗の増加を抑制している。 That is, in the inner peripheral portion 22 of the coil 2, the L-shaped portion on the inner peripheral side of the U-shape roughly corresponds to the shape portion along the flow of the magnetic flux line 5, and in the outer peripheral portion 24, the outer peripheral side of the U-shape. The L-shaped portion roughly corresponds to the shape portion along the flow of the magnetic flux line 5, and in the central portion 23, the flat portion on the side opposite to the U-shaped magnetic shield surface is approximately the flow of the magnetic flux line 5. Corresponds to the shape part along. Therefore, it can be said that the coil 2 of the transmission coil unit 1 according to the second embodiment has a shape portion along the flow of the magnetic flux line 5. As a result, the increase in AC resistance is suppressed.

この例では、同一のコの字形状のコイル導体21が繰り返して配置されているが、各巻のコイル導体21のコイル断面形状は、必ずしも同一である必要はない。 In this example, the same U-shaped coil conductor 21 is repeatedly arranged, but the coil cross-sectional shape of the coil conductor 21 of each winding does not necessarily have to be the same.

第2の実施の形態に係る伝送コイルユニットのコイル2は、後述するレーザ加工またはプレス加工によって、簡便にかつ低コストで製造することができる。 The coil 2 of the transmission coil unit according to the second embodiment can be easily and inexpensively manufactured by laser processing or press processing described later.

(第3の実施の形態)
図4は、第3の実施の形態に係る伝送コイルユニットの断面概略図である。第3の実施の形態に係る伝送コイルユニットの平面概略図は、図1と同じであってもよく、図4は、前記平面概略図の図1のA−A′断面の図である。
(Third Embodiment)
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the transmission coil unit according to the third embodiment. The schematic plan view of the transmission coil unit according to the third embodiment may be the same as that in FIG. 1, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line AA'of FIG. 1 of the schematic plan view.

伝送コイルユニット1は、アルミニウムまたは銅の金属からなるコイル導体21が渦巻状に巻回された平面のコイル2とこのコイル2のコイル面に対向するように配置された磁気シールド3とを備えている。磁気シールド3は、Ni系フェライト焼結体、Mn系フェライト焼結体等の各種のフェライト材料を用いることができるが、抵抗率の高いNiMn系フェライト焼結体がより好ましい。なお電気シールドは省略し図示していない。 The transmission coil unit 1 includes a flat coil 2 in which a coil conductor 21 made of aluminum or copper metal is spirally wound, and a magnetic shield 3 arranged so as to face the coil surface of the coil 2. There is. As the magnetic shield 3, various ferrite materials such as a Ni-based ferrite sintered body and a Mn-based ferrite sintered body can be used, but a NiMn-based ferrite sintered body having a high resistivity is more preferable. The electric shield is omitted and not shown.

第3の実施の形態に係る伝送コイルユニット1のコイル2は、第2の実施の形態に係る伝送コイルユニット1のコイル2と同様に、コイル断面形状がコの字形状であって、コの字形状の凹部が磁気シールド面に対向している。そして、コの字形状の上面幅25に対する側面長26の比が、コイルの内周部22と外周部24において最大であり、内周部22と外周部24の間の中央部23において最小である。さらに上面幅25に対する側面長26の比が、内周部22と中央部23の間および中央部23と外周部24の間で段階的に変化している。 The coil 2 of the transmission coil unit 1 according to the third embodiment has a U-shaped coil cross-sectional shape and is U-shaped, similarly to the coil 2 of the transmission coil unit 1 according to the second embodiment. The letter-shaped recess faces the magnetic shield surface. The ratio of the side length 26 to the U-shaped upper surface width 25 is maximum at the inner peripheral portion 22 and the outer peripheral portion 24 of the coil, and is minimum at the central portion 23 between the inner peripheral portion 22 and the outer peripheral portion 24. is there. Further, the ratio of the side surface length 26 to the upper surface width 25 changes stepwise between the inner peripheral portion 22 and the central portion 23 and between the central portion 23 and the outer peripheral portion 24.

コイル2は渦巻状の平面コイルであり、コイル導体21は内周部22から外周部24にかけて連続して巻回されている。よって、コイル導体21の巻回の方法としては、コの字形状の上面幅に対する側面長の比が巻回の一周の間で同じで、一周回る毎に少しずつ段階的に変化しているか、または当該比がコイルの一周の間で緩やかに連続的に変化し、渦巻状コイル中心を通る断面で見るとコイルの内周部22から外周部24にかけて段階的に変化しているようになっているかの、いずれの場合であってもよい。 The coil 2 is a spiral flat coil, and the coil conductor 21 is continuously wound from the inner peripheral portion 22 to the outer peripheral portion 24. Therefore, as a method of winding the coil conductor 21, the ratio of the side length to the upper surface width of the U-shape is the same during one rotation of the winding, and whether it changes little by little with each rotation. Alternatively, the ratio gradually and continuously changes during one circumference of the coil, and when viewed in a cross section passing through the center of the spiral coil, it gradually changes from the inner peripheral portion 22 to the outer peripheral portion 24 of the coil. In any case, it does not matter.

第3の実施の形態のコイル2は、第1の実施の形態および第2の実施の形態の2つの特長を兼ね備えた構造となっている。すなわち、第3の実施の形態のコイル2の各巻のコイル導体21のコイル断面形状は、第2の実施の形態のコイル2と同様にコの字形状であり、コイル2の内周部22と外周部24で、第1の実施の形態のコイル2のコイル導体21の断面に近い略矩形形状をなし、その長手方向が磁気シールド3の磁気シールド面に略垂直となって、磁束線5の流れに沿う形状部分を有している。また、コイル2の中央部23においても、第1の実施の形態のコイル2のコイル導体21の断面に近い略矩形形状をなし、その長手方向が磁気シールド面に略平行となって、磁束線5の流れに沿う形状部分を有している。そして、内周部22と中央部23の間および中央部23と外周部24の間で、第1の実施の形態と同様にコの字形状のLの字部分が磁束線5の流れに沿う形状部分に相当するよう、コイル断面形状が段階的に変化している。これにより、コイル2の交流抵抗の増加を抑制している。 The coil 2 of the third embodiment has a structure having two features of the first embodiment and the second embodiment. That is, the coil cross-sectional shape of the coil conductor 21 of each winding of the coil 2 of the third embodiment is U-shaped like the coil 2 of the second embodiment, and is formed with the inner peripheral portion 22 of the coil 2. The outer peripheral portion 24 has a substantially rectangular shape close to the cross section of the coil conductor 21 of the coil 2 of the first embodiment, and its longitudinal direction is substantially perpendicular to the magnetic shield surface of the magnetic shield 3, so that the magnetic flux line 5 is formed. It has a shape part that follows the flow. Further, the central portion 23 of the coil 2 also has a substantially rectangular shape close to the cross section of the coil conductor 21 of the coil 2 of the first embodiment, and its longitudinal direction is substantially parallel to the magnetic shield surface, so that the magnetic flux lines It has a shape portion along the flow of 5. Then, between the inner peripheral portion 22 and the central portion 23 and between the central portion 23 and the outer peripheral portion 24, a U-shaped L-shaped portion follows the flow of the magnetic flux line 5 as in the first embodiment. The cross-sectional shape of the coil is gradually changed so as to correspond to the shape portion. As a result, an increase in the AC resistance of the coil 2 is suppressed.

第3の実施の形態に係る伝送コイルユニットのコイル2は、後述するレーザ加工またはプレス加工によって、簡便にかつ低コストで製造することができる。 The coil 2 of the transmission coil unit according to the third embodiment can be easily and inexpensively manufactured by laser processing or press processing described later.

(第4の実施の形態)
図5は、第4の実施の形態に係る伝送コイルユニットの断面概略図である。第4の実施の形態に係る伝送コイルユニットは、第1の実施の形態に係る伝送コイルユニットと基本的に構造が同じであるが、コイル導体21の表面全面に磁性層6が形成されている点で異なる。
(Fourth Embodiment)
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the transmission coil unit according to the fourth embodiment. The transmission coil unit according to the fourth embodiment has basically the same structure as the transmission coil unit according to the first embodiment, but the magnetic layer 6 is formed on the entire surface of the coil conductor 21. It differs in that.

ここで、コイル導体21の内周側や外周側に集中する磁束線は、透磁率が高い磁性層6に吸い寄せられるように誘導され、コイル導体21の内部において磁束線の集中が解消される。これによりコイル導体21の内部の電流集中も解消され、結果としてコイル2の交流抵抗の増大がさらに抑制できる。なお、磁束線の集中を解消するという意味では、コイル表面の全部でなくとも、コイル導体21のコイル断面形状の少なくとも磁気シールド面に対向している面と反対側の表面(上面)およびエッジを含む側面に磁性層6が形成されていてもよい。 Here, the magnetic flux lines concentrated on the inner peripheral side and the outer peripheral side of the coil conductor 21 are guided so as to be attracted to the magnetic layer 6 having a high magnetic permeability, and the concentration of the magnetic flux lines is eliminated inside the coil conductor 21. As a result, the current concentration inside the coil conductor 21 is also eliminated, and as a result, an increase in the AC resistance of the coil 2 can be further suppressed. In terms of eliminating the concentration of magnetic flux lines, the surface (upper surface) and edge of the coil conductor 21 on the side opposite to the surface facing at least the magnetic shield surface of the coil conductor 21 are not the entire surface of the coil. The magnetic layer 6 may be formed on the side surface including the magnetic layer 6.

(第5の実施の形態)
図6に本発明の第5の実施の形態の断面概略図を示す。図6において、コイル2は渦巻状の平面コイルであり、内周部から外周部にかけて連続して巻回されている。また、各巻のコイル導体21のコイル断面形状は、第2の実施の形態のコイル2と同様にコの字形状である。
(Fifth Embodiment)
FIG. 6 shows a schematic cross-sectional view of a fifth embodiment of the present invention. In FIG. 6, the coil 2 is a spiral flat coil, and is continuously wound from the inner peripheral portion to the outer peripheral portion. Further, the coil cross-sectional shape of the coil conductor 21 of each winding is U-shaped like the coil 2 of the second embodiment.

伝送コイルユニット1は、アルミニウムまたは銅の金属からなるコイル導体21が渦巻状に巻回された平面のコイル2とこのコイル2のコイル面に対向するように配置された磁気シールド3とを備えている。磁気シールド3は、Ni系フェライト焼結体、Mn系フェライト焼結体等の各種のフェライト材料を用いることができるが、抵抗率の高いNiMn系フェライト焼結体がより好ましい。なお電気シールドは省略し図示していない。 The transmission coil unit 1 includes a flat coil 2 in which a coil conductor 21 made of aluminum or copper metal is spirally wound, and a magnetic shield 3 arranged so as to face the coil surface of the coil 2. There is. As the magnetic shield 3, various ferrite materials such as a Ni-based ferrite sintered body and a Mn-based ferrite sintered body can be used, but a NiMn-based ferrite sintered body having a high resistivity is more preferable. The electric shield is omitted and not shown.

本実施の形態が第2の実施の形態と異なるのは磁気シールド3とコイル2との間に非磁性絶縁体41が設けられていることである。非磁性絶縁体41およびコイル2の平面図を図7に示す。図7において、非磁性絶縁体41には、辺部が直線かつ角部が円弧上の、全体として矩形状の平面形状を有した溝が渦巻状に形成されている。さらにコイル2は非磁性絶縁体41の溝中に連続して設けられている。非磁性絶縁体はセラミック等、熱伝導率の比較的高い素材であることが好ましい。また、ガラス繊維や無機フィラーを含有した樹脂を用いてもよい。非磁性絶縁体41熱伝導特性は1W/(mK)以上であることが好ましい。 The present embodiment differs from the second embodiment in that a non-magnetic insulator 41 is provided between the magnetic shield 3 and the coil 2. A plan view of the non-magnetic insulator 41 and the coil 2 is shown in FIG. In FIG. 7, the non-magnetic insulator 41 is formed with spiral grooves having straight side portions and arcuate corner portions and having a rectangular planar shape as a whole. Further, the coil 2 is continuously provided in the groove of the non-magnetic insulator 41. The non-magnetic insulator is preferably a material having a relatively high thermal conductivity, such as ceramic. Further, a resin containing glass fiber or an inorganic filler may be used. The thermal conductivity of the non-magnetic insulator 41 is preferably 1 W / (mK) or more.

コイル2における各巻のコイル導体21の少なくとも側面は、直接的または間接的に非磁性絶縁体41の溝と接している。例えば、コイル2が非磁性絶縁体41の溝に篏合したものであってもよいし、間に接着層(図示せず)を設けてもよい。各巻のコイル導体21の少なくとも側面が非磁性絶縁体41の溝と接することにより、コイル2の下側が非磁性絶縁体41に埋め込まれて固定された構成となる。この構成による効果は二点ある。 At least the side surface of the coil conductor 21 of each winding in the coil 2 is in direct or indirect contact with the groove of the non-magnetic insulator 41. For example, the coil 2 may be fitted in the groove of the non-magnetic insulator 41, or an adhesive layer (not shown) may be provided between the coils 2. Since at least the side surface of the coil conductor 21 of each winding is in contact with the groove of the non-magnetic insulator 41, the lower side of the coil 2 is embedded in the non-magnetic insulator 41 and fixed. There are two effects of this configuration.

一つはコイル2の振動を抑える効果がある。つまり、本実施の形態において、コイル2は金属の平板で形成されているので、リッツ線と異なり、高い弾性を有する。言い換えればコイル2の弾性と形状と質量で決定される固有振動数が存在する。コイル2に交流が流れたとき、仮にコイル2が変形自由な状態で放置されていると、磁気シールド3や給電先のコイル(図示せず)との相互作用によりコイル2の固有振動が励起されることがある。しかし、コイル2が剛性または粘性の高い非磁性絶縁体41に埋め込まれて固定されていれば、このような振動は抑えられる。 One is the effect of suppressing the vibration of the coil 2. That is, in the present embodiment, since the coil 2 is formed of a metal flat plate, it has high elasticity unlike the litz wire. In other words, there is a natural frequency determined by the elasticity, shape and mass of the coil 2. When alternating current flows through the coil 2, if the coil 2 is left in a deformable state, the natural vibration of the coil 2 is excited by the interaction with the magnetic shield 3 and the coil (not shown) of the feeding destination. There are times. However, if the coil 2 is embedded and fixed in a non-magnetic insulator 41 having high rigidity or viscosity, such vibration can be suppressed.

さらに、コイル2が非磁性絶縁体41に埋め込まれていることにより、コイル2の放熱の効果も期待できる。一般に絶縁体は熱伝導率が低いが、絶縁性フィラーを適度に混合したナイロン樹脂や高熱伝導性PPS(H718LB(TORAY)、等)のように、熱伝導性を高めた絶縁性樹脂が最近実用化されつつある。 Further, since the coil 2 is embedded in the non-magnetic insulator 41, the effect of heat dissipation of the coil 2 can be expected. Insulators generally have low thermal conductivity, but insulating resins with increased thermal conductivity, such as nylon resin mixed with an appropriate insulating filler and high thermal conductivity PPS (H718LB (TORAY), etc.), have recently been put into practical use. It is becoming a plastic.

なお、本実施の形態において、コイル導体21のコの字型断面形状を第3の実施の形態(図4)のように、内周部、中央部、外周部で変えてもよい。非磁性絶縁体41の溝も、コイル導体21の断面形状変化に応じて、幅と深さを変えてもよい。 In the present embodiment, the U-shaped cross-sectional shape of the coil conductor 21 may be changed at the inner peripheral portion, the central portion, and the outer peripheral portion as in the third embodiment (FIG. 4). The width and depth of the groove of the non-magnetic insulator 41 may also be changed according to the change in the cross-sectional shape of the coil conductor 21.

(第6の実施の形態)
図8は、第6の実施の形態に係る伝送コイルユニットのコイルのコイル導体の断面概略図である。本実施の形態に係る伝送コイルユニットは、第2の実施の形態および第5の実施の形態に係る伝送コイルユニットと基本的に構造が同じであり、コイル導体21のコイル断面形状の少なくとも磁気シールド面に対向している面と反対側の表面および側面に磁性層6が形成されている点が異なる。図8では、(A)がコの字の上面および左右の両側面の表面に、(B)がさらに磁気シールド面に対向する面の表面にも、(C)がそしてさらに凹部の内部の表面にも(すなわちコの字のコイル断面形状の全面に)、磁性層6が形成されている場合である。
(Sixth Embodiment)
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of the coil conductor of the coil of the transmission coil unit according to the sixth embodiment. The transmission coil unit according to the present embodiment has basically the same structure as the transmission coil unit according to the second embodiment and the fifth embodiment, and has at least a magnetic shield having a coil cross-sectional shape of the coil conductor 21. The difference is that the magnetic layer 6 is formed on the surface and the side surface opposite to the surface facing the surface. In FIG. 8, (A) is on the upper surface of the U-shape and the surfaces of both left and right sides, (B) is on the surface of the surface facing the magnetic shield surface, (C) is on the inner surface of the recess. This is also the case when the magnetic layer 6 is formed on the entire surface of the U-shaped coil cross-sectional shape.

図8(D)は第5の実施の形態(図4)のコイル2に磁性体を設ける場合の一例を示した部分断面図である。第5の実施の形態のコイル2に磁性体を設ける場合、コイル2に予め図8(A)〜(C)のように磁性体を塗布しておいてから非磁性絶縁体41に嵌め込んでもよいが、同図(D)のようにコイル2を非磁性絶縁体41に篏合(あるいは接着)後に、各コイル導体21の上面とエッジ、すなわち非磁性絶縁体41から露出している部分にのみ磁性体6を設けたものであってもよい。 FIG. 8D is a partial cross-sectional view showing an example in which a magnetic material is provided in the coil 2 of the fifth embodiment (FIG. 4). When the coil 2 of the fifth embodiment is provided with a magnetic material, the coil 2 may be coated with the magnetic material in advance as shown in FIGS. 8A to 8C and then fitted into the non-magnetic insulator 41. It is good, but as shown in FIG. 3D, after the coil 2 is attached (or bonded) to the non-magnetic insulator 41, the upper surface and the edge of each coil conductor 21, that is, the portion exposed from the non-magnetic insulator 41. Only the magnetic material 6 may be provided.

本実施の形態においても、第4の実施の形態と同様に、コイル導体21の内周側や外周側に集中する磁束線が、磁性層6に吸い寄せられるように誘導され、コイル導体21の内部において磁束線の集中が解消される。これによりコイル導体21の内部の電流集中も解消され、結果としてコイル2の交流抵抗の増大がさらに抑制できる。 Also in the present embodiment, as in the fourth embodiment, the magnetic flux lines concentrated on the inner peripheral side and the outer peripheral side of the coil conductor 21 are guided so as to be attracted to the magnetic layer 6 and inside the coil conductor 21. The concentration of magnetic flux lines is eliminated. As a result, the current concentration inside the coil conductor 21 is also eliminated, and as a result, an increase in the AC resistance of the coil 2 can be further suppressed.

<2.伝送コイルユニットの製造方法>
(第7、第8の実施の形態)
図9は、第7の実施の形態に係る伝送コイルユニットのコイルの製造工程を説明するブロック図である。伝送コイルユニットのコイルの製造方法は、薄肉の金属平板をレーザ加工またはプレス加工によって渦巻状に溝切り加工し渦巻状の平面コイルを作製する溝切り加工工程S1とこの溝切り加工された金属平板からなる平面コイル板をプレス加工によって変形させる変形工程S2を含み、これらの工程を経て前述した第1から第3および第6の実施の形態に係る伝送コイルユニットのコイルを製造する。
<2. Manufacturing method of transmission coil unit>
(7th and 8th embodiments)
FIG. 9 is a block diagram illustrating a coil manufacturing process of the transmission coil unit according to the seventh embodiment. The coil manufacturing method of the transmission coil unit is as follows: grooving step S1 for producing a spiral flat coil by grooving a thin metal flat plate in a spiral shape by laser processing or press working, and the grooving metal flat plate. The coil of the transmission coil unit according to the first to third and sixth embodiments described above is manufactured through these steps, including the deformation step S2 of deforming the flat coil plate made of the above by press working.

例えば、第1の実施の形態の伝送コイルユニットについては、溝切り加工工程S1の後、変形工程S2において、渦巻状の金属平板を上下挟んでプレス加工により変形し、断面の角度が段階的に変化している矩形断面のコイルを形成する。このとき、断面の角度が巻回の一周の間で同じで、一周回る毎に少しずつ段階的に変化するようにしてもよいし、または当該角度がコイルの一周の間で緩やかに連続的に変化し、一周回る毎にコイルの内周から外周にかけて角度が段階的に変化するように変形してもよい。 For example, the transmission coil unit of the first embodiment is deformed by press working with a spiral metal flat plate sandwiched vertically in the deformation step S2 after the grooving step S1, and the angle of the cross section is stepwise. Form a coil with a changing rectangular cross section. At this time, the angle of the cross section is the same during one circumference of the winding, and may be changed stepwise little by little with each rotation, or the angle may be gently and continuously during one circumference of the coil. It may be changed so that the angle changes stepwise from the inner circumference to the outer circumference of the coil each time it makes one round.

また、例えば、第2および第3の実施の形態の伝送コイルユニットについては、渦巻状の溝切り加工工程S1の後変形工程S2において、雄型と雌型とによるプレス加工により、断面形状がコの字形状のコイルを形成する。このとき、第3の実施の形態の伝送コイルユニットについては、雄型と雌型の溝の深さを巻回の一周の間で同じで、一周回る毎に少しずつ段階的に変化するようにしてプレス加工してもよいし、また当該溝の深さをコイルの一周の間で緩やかに連続的に変化し、渦巻状コイル中心を通る断面で見るとコイルの内周から外周にかけて当該溝の深さ角度が段階的に変化しているようにしてプレス加工してもよい。 Further, for example, the transmission coil units of the second and third embodiments have a cross-sectional shape obtained by press working with a male mold and a female mold in the post-deformation step S2 of the spiral grooving step S1. Form a C-shaped coil. At this time, with respect to the transmission coil unit of the third embodiment, the depth of the groove of the male type and the female type is the same during one rotation of the winding, and the depth is changed stepwise little by little with each rotation. The depth of the groove is gradually and continuously changed during one circumference of the coil, and when viewed in a cross section passing through the center of the spiral coil, the groove is formed from the inner circumference to the outer circumference of the coil. Pressing may be performed so that the depth angle changes stepwise.

図10は、第8の実施の形態に係る伝送コイルユニットのコイルの製造工程を説明するブロック図である。この実施の形態に係る伝送コイルユニットのコイルの製造方法は、図9に示す実施の形態に係る伝送コイルユニットのコイルの製造工程に、さらに磁性層をコイル導体表面に形成する磁性層形成工程S3加えたものである。これにより、前述の第4〜第6の実施の形態に係る伝送コイルユニットのコイルを製造する。 FIG. 10 is a block diagram illustrating a coil manufacturing process of the transmission coil unit according to the eighth embodiment. The method for manufacturing the coil of the transmission coil unit according to this embodiment is the step of manufacturing the coil of the transmission coil unit according to the embodiment shown in FIG. 9, and the magnetic layer forming step S3 for further forming a magnetic layer on the coil conductor surface. It is an addition. As a result, the coil of the transmission coil unit according to the fourth to sixth embodiments described above is manufactured.

磁性層をコイル導体表面に形成する方法としては、磁性層を湿式や乾式のめっきにより成膜する方法の他、粉末状にした磁性体をエポキシ樹脂などの溶剤に混ぜて、スプレーまたはハケにより塗布する方法がある。磁性体には、鉄やニッケルなど強磁性体材料やSiなど添加した珪素鋼の他に、アモルファス、センダストや金属の酸化物(フェライト)などを使用できる。材料の形態は薄膜やナノ粉末などいずれも使用可能である。 As a method of forming the magnetic layer on the surface of the coil conductor, in addition to the method of forming the magnetic layer by wet or dry plating, the powdered magnetic material is mixed with a solvent such as epoxy resin and applied by spraying or brushing. There is a way to do it. As the magnetic material, in addition to a ferromagnetic material such as iron and nickel and silicon steel to which Si and the like are added, amorphous, sendust, metal oxide (ferrite) and the like can be used. Any form of material such as thin film or nanopowder can be used.

<3.非接触給電装置>
(第9の実施の形態)
図11は、第9の実施の形態に係る非接触給電装置を説明する回路ブロック図である。この例では、電気自動車に適用したものである。この非接触給電装置は、充電器として機能する送電装置7と自動車本体9の電源となるバッテリー84を含む受電装置8とを備えている。送電装置7と受電装置8は、電磁的に結合することにより、非接触で電力送電を行う非接触給電装置を形成する。
<3. Non-contact power supply device>
(9th embodiment)
FIG. 11 is a circuit block diagram illustrating a non-contact power feeding device according to a ninth embodiment. In this example, it is applied to an electric vehicle. This non-contact power feeding device includes a power transmitting device 7 that functions as a charger and a power receiving device 8 that includes a battery 84 that serves as a power source for the automobile main body 9. The power transmitting device 7 and the power receiving device 8 are electromagnetically coupled to form a non-contact power feeding device that transmits power in a non-contact manner.

送電装置7は、図11に示すように、電源71と整流回路72と送電回路73と送電コイル74とを備えている。電源71は、例えば200Vまたは400V等の三相交流電圧あるいは100Vの単相交流電圧を供給する系統電源である。整流回路72は、入力端が電源71に接続されるとともに出力端が送電回路73に接続されており、電源71から供給される交流電圧を整流して直流電圧に変換し、変換した直流電圧を送電回路73に出力する。送電回路73は、入力端が整流回路72に接続されるとともに出力端が送電コイル74の両端に接続されており、整流回路72からの直流電圧を使用して所定の周波数の交流を生成する回路であり、その生成した交流電圧を送電コイル74に供給するものである。 As shown in FIG. 11, the power transmission device 7 includes a power supply 71, a rectifier circuit 72, a power transmission circuit 73, and a power transmission coil 74. The power supply 71 is a system power supply that supplies a three-phase AC voltage such as 200V or 400V or a single-phase AC voltage of 100V. The rectifier circuit 72 has an input end connected to the power supply 71 and an output end connected to the power transmission circuit 73, rectifies the AC voltage supplied from the power supply 71, converts it into a DC voltage, and converts the converted DC voltage into a DC voltage. Output to the transmission circuit 73. The power transmission circuit 73 has an input end connected to a rectifying circuit 72 and an output end connected to both ends of a power transmission coil 74, and uses a DC voltage from the rectifying circuit 72 to generate an alternating current of a predetermined frequency. The generated AC voltage is supplied to the transmission coil 74.

受電装置8は、図11に示すように、受電コイル81と受電回路82と充放電制御回路83とバッテリー84とを備えている。 As shown in FIG. 11, the power receiving device 8 includes a power receiving coil 81, a power receiving circuit 82, a charge / discharge control circuit 83, and a battery 84.

受電コイル81は、送電装置7の送電コイル74と接近させて対向させ使用する場合に、両コイル81、74が電磁結合して両者の間で変圧器を形成するようになっている。この電磁誘導により受電コイル81に誘起される交流電圧は、受電回路82に供給され、受電回路82において整流されて直流電圧に変換される。そして、受電回路82から出力される直流電圧は、充放電制御回路83を介してバッテリー84に供給され、バッテリー84を充電するようになっている。充放電制御回路83は、受電回路82からの出力によりバッテリー84を充電する場合にはその充電の制御を行い、バッテリー84で負荷である自動車本体9を動作させる場合には放電の制御を行う回路である。バッテリー84は、放電後に充電により繰り返して使用できる再充電が可能な二次電池(例えば、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等)である。 When the power receiving coil 81 is used so as to be close to and opposed to the power transmission coil 74 of the power transmission device 7, both coils 81 and 74 are electromagnetically coupled to form a transformer between them. The AC voltage induced in the power receiving coil 81 by this electromagnetic induction is supplied to the power receiving circuit 82, rectified in the power receiving circuit 82, and converted into a DC voltage. The DC voltage output from the power receiving circuit 82 is supplied to the battery 84 via the charge / discharge control circuit 83 to charge the battery 84. The charge / discharge control circuit 83 controls the charge when the battery 84 is charged by the output from the power receiving circuit 82, and controls the discharge when the vehicle body 9 which is a load is operated by the battery 84. Is. The battery 84 is a rechargeable secondary battery (for example, a lithium ion battery, a nickel hydrogen battery, etc.) that can be repeatedly used by charging after being discharged.

なお、本実施の形態に係る非接触給電装置においては、送電コイル74に、前述した本発明に係る伝送コイルユニットを用いることができる。これにより、表皮効果や近接効果による高周波損失を低減し低コストで製造できる伝送コイルユニットを使用しているので、伝送効率が高くかつ低コストの非接触給電装置を提供できる。 In the non-contact power feeding device according to the present embodiment, the transmission coil unit according to the present invention described above can be used for the power transmission coil 74. As a result, since a transmission coil unit that can be manufactured at low cost by reducing high frequency loss due to the skin effect and proximity effect is used, it is possible to provide a non-contact power feeding device with high transmission efficiency and low cost.

また、受電コイル81にも、前述した本発明に係る伝送コイルユニットも用いてもよい。さらに伝送効率が高い低コストの非接触給電装置を提供できる。 Further, the transmission coil unit according to the present invention described above may also be used for the power receiving coil 81. Further, it is possible to provide a low-cost non-contact power feeding device having high transmission efficiency.

本発明に係る非接触給電装置は、自動車用に限定されるものではない。携帯電話やスマートフォン、タブレットなどの電子機器の電力給電に用いられてもよい。また、本発明に係る伝送コイルユニットは、誘導式加熱装置などにも適用されてもよい。さらに、本発明に係る伝送コイルユニットは、電磁誘導方式の非接触給電装置における使用に限定されない。磁界共鳴方式の非接触給電装置にも適用されてもよい。 The non-contact power feeding device according to the present invention is not limited to that for automobiles. It may be used to power an electronic device such as a mobile phone, a smartphone, or a tablet. Further, the transmission coil unit according to the present invention may also be applied to an inductive heating device or the like. Further, the transmission coil unit according to the present invention is not limited to use in an electromagnetic induction type non-contact power feeding device. It may also be applied to a magnetic field resonance type non-contact power feeding device.

以下、本発明に係る伝送コイルユニットを実施・適用した場合のシミュレーションおよび実験ならびにこれらの結果について述べる。ただし、本発明はここで述べられる適用例に限定されるものではない。 Hereinafter, simulations and experiments when the transmission coil unit according to the present invention is carried out and applied, and the results thereof will be described. However, the present invention is not limited to the application examples described here.

<1.シミュレーション解析モデル>
本発明に係る伝送コイルユニットのシミュレーションによる適用例を説明する前に、まず、コイル部品の特性(交流抵抗、インダクタンス、Q値、結合係数k、伝送効率η)について解析するためのシミュレーションモデルについて説明する。
<1. Simulation analysis model>
Before explaining an application example by simulation of the transmission coil unit according to the present invention, first, a simulation model for analyzing the characteristics (AC resistance, inductance, Q value, coupling coefficient k, transmission efficiency η) of the coil components will be described. To do.

シミュレーション用の解析ソフトには、電磁場解析ソフトウェアのANSYS Maxwell(ANSYS社製)を用いた。表1に、解析の諸条件をまとめる。 As the analysis software for the simulation, the electromagnetic field analysis software ANSYS Maxwell (manufactured by Ansys) was used. Table 1 summarizes the analysis conditions.

図12は、コイルの計算モデルを説明する図(平面図)である。コイルは、抵抗率2.78×10−8Ωmのアルミニウム材を想定している。巻数が6回巻の平面コイルである。コイルの内径および外径はそれぞれφ205mm、φ350mmである。コイルに通電する交流電流の周波数は85kHzである。 FIG. 12 is a diagram (plan view) for explaining the calculation model of the coil. The coil is assumed to be an aluminum material having a resistivity of 2.78 × 10-8 Ωm. It is a flat coil with 6 turns. The inner and outer diameters of the coil are φ205 mm and φ350 mm, respectively. The frequency of the alternating current that energizes the coil is 85 kHz.

<2.送電コイルの計算による実施例>
本発明の伝送コイルユニットを送電コイルに使用した場合のコイル特性(交流抵抗、インダクタンス、Q値)を計算する。
<2. Example by calculation of power transmission coil>
The coil characteristics (AC resistance, inductance, Q value) when the transmission coil unit of the present invention is used for the transmission coil are calculated.

(実施例1)
図13は、実施例1の伝送コイルユニットのコイル2および磁気シールド3の断面寸法図である。図12のA−A′断面図に相当する。
(Example 1)
FIG. 13 is a cross-sectional dimensional view of the coil 2 and the magnetic shield 3 of the transmission coil unit of the first embodiment. Corresponds to the cross-sectional view taken along the line AA'in FIG.

各巻のコイル導体21の断面形状は、図13に示すように、9.2×2mmの矩形形状で、コイル導体21は6巻である。コイル導体21の隣同士の間隔ピッチ(隣同士のコイル導体の中心の間隔)は12.5mm、コイル導体21と磁気シールドの最近接距離は5mm、最内周のコイル導体21の中心と渦巻状コイルの中心との距離が107.5mm、最外周のコイル導体21の中心と渦巻状コイルの中心との距離が170mmである。矩形形状の長手方向の磁気シールド3に対する角度が、発生する磁束線の流れに沿って、コイル2の内周から外周にかけて、90°、45°、0°、0°、−45°、−90°と段階的に変化している。すなわち、コイル導体21のコイル断面形状が磁束線の流れに沿う形状部分を有している。 As shown in FIG. 13, the cross-sectional shape of the coil conductor 21 of each winding is a rectangular shape of 9.2 × 2 mm, and the coil conductor 21 has 6 turns. The distance pitch between the neighbors of the coil conductor 21 (the distance between the centers of the coil conductors next to each other) is 12.5 mm, the closest distance between the coil conductor 21 and the magnetic shield is 5 mm, and the center of the coil conductor 21 on the innermost circumference and the spiral shape. The distance from the center of the coil is 107.5 mm, and the distance between the center of the outermost coil conductor 21 and the center of the spiral coil is 170 mm. The angle of the rectangular shape with respect to the magnetic shield 3 in the longitudinal direction is 90 °, 45 °, 0 °, 0 °, -45 °, -90 from the inner circumference to the outer circumference of the coil 2 along the flow of the generated magnetic flux lines. It changes gradually with °. That is, the coil cross-sectional shape of the coil conductor 21 has a shape portion that follows the flow of magnetic flux lines.

計算して求めたコイル特性(交流抵抗R、インダクタンスL、Q値)を表2にまとめる。 Table 2 summarizes the calculated coil characteristics (AC resistance R, inductance L, Q value).

(実施例2)
図14は、実施例2の伝送コイルユニットのコイル2および磁気シールド3の断面寸法図である。図12のA−A′断面図に相当する。
(Example 2)
FIG. 14 is a cross-sectional dimensional view of the coil 2 and the magnetic shield 3 of the transmission coil unit of the second embodiment. Corresponds to the cross-sectional view taken along the line AA'in FIG.

各巻のコイル導体21の断面形状は、図14に示すように、コイルの内周部22から外周部24にかけて同一のコの字形状である。コの字形状の各寸法は同図に示すとおりである。コの字形状は左右対称で、コイル導体21は6巻である。コイル導体21の隣同士の間隔ピッチ(隣同士のコイル導体の中心の間隔)およびコイル導体21と磁気シールドの最近接距離、最内周のコイル導体21の中心と渦巻状コイルの中心との距離、最外周のコイル導体21の中心と渦巻状コイルの中心との距離は、図13と同様に、それぞれ12.5mm、5mm、107.5mm、170mmである。 As shown in FIG. 14, the cross-sectional shape of the coil conductor 21 of each winding is the same U-shape from the inner peripheral portion 22 to the outer peripheral portion 24 of the coil. Each dimension of the U-shape is as shown in the figure. The U-shape is symmetrical, and the coil conductor 21 has 6 turns. Spacing pitch between adjacent coil conductors 21 (distance between the centers of adjacent coil conductors), the closest distance between the coil conductors 21 and the magnetic shield, and the distance between the center of the innermost coil conductor 21 and the center of the spiral coil. The distances between the center of the outermost coil conductor 21 and the center of the spiral coil are 12.5 mm, 5 mm, 107.5 mm, and 170 mm, respectively, as in FIG.

コイル2の内周部22ではコの字形状の内周側のLの字部分が、外周部24ではコの字形状の外周側のLの字部分が、そして中央部23ではコの字形状の平な部分が、磁束線の流れに沿う形状部分に相当する。 The inner peripheral portion 22 of the coil 2 has an L-shaped portion on the inner peripheral side of the U-shape, the outer peripheral portion 24 has an L-shaped portion on the outer peripheral side of the U-shape, and the central portion 23 has a U-shaped portion. The flat portion of is corresponding to the shape portion along the flow of the magnetic flux line.

計算して求めたコイル特性(交流抵抗R、インダクタンスL、Q値)を表2にまとめる。 Table 2 summarizes the calculated coil characteristics (AC resistance R, inductance L, Q value).

(実施例3)
図15は、実施例3の伝送コイルユニットのコイル2および磁気シールド3の断面寸法図である。図12のA−A′断面図に相当する。
(Example 3)
FIG. 15 is a cross-sectional dimensional view of the coil 2 and the magnetic shield 3 of the transmission coil unit of the third embodiment. Corresponds to the cross-sectional view taken along the line AA'in FIG.

各巻のコイル導体21の断面形状は、コの字形状であるが、図15に示すように、内周部22から外周部24にかけてその形状の縦横比(コの字形状の上面幅に対する側面長の比)が段階的に変化している。コの字形状の各寸法は同図に示すとおりである。コの字形状は左右対称であって、かつ6巻のコイル導体21は、中央部23を中心に左右対称に並んでいる。コイル導体21の隣同士の間隔ピッチ(隣同士のコイル導体の中心の間隔)およびコイル導体21と磁気シールドの最近接距離、最内周のコイル導体21の中心と渦巻状コイルの中心との距離、最外周のコイル導体21の中心と渦巻状コイルの中心との距離は、図13と同様に、それぞれ12.5mm、5mm、107.5mm、170mmである。 The cross-sectional shape of the coil conductor 21 of each winding is U-shaped, but as shown in FIG. 15, the aspect ratio of the shape from the inner peripheral portion 22 to the outer peripheral portion 24 (side length with respect to the upper surface width of the U-shaped shape). Ratio) is changing step by step. Each dimension of the U-shape is as shown in the figure. The U-shape is symmetrical, and the six-roll coil conductors 21 are arranged symmetrically around the central portion 23. Spacing pitch between adjacent coil conductors 21 (distance between the centers of adjacent coil conductors), the closest distance between the coil conductors 21 and the magnetic shield, and the distance between the center of the innermost coil conductor 21 and the center of the spiral coil. The distances between the center of the outermost coil conductor 21 and the center of the spiral coil are 12.5 mm, 5 mm, 107.5 mm, and 170 mm, respectively, as in FIG.

実施例3において、コイル2の内周部22と外周部24で、略矩形形状をなし、その長手方向が磁気シールド面に垂直となって磁束線の流れに沿う形状部分を有している。また、コイル2の中央部23においても、その長手方向が磁気シールド面に略平行となって、磁束線5の流れに沿う形状部分を有している。そして、内周部22と中央部23の間および中央部23と外周部24の間で、コの字形状の左右のLの字部分が磁束線の流れに沿う形状部分に相当するよう、コイル断面形状が段階的に変化している。 In the third embodiment, the inner peripheral portion 22 and the outer peripheral portion 24 of the coil 2 have a substantially rectangular shape, and have a shape portion whose longitudinal direction is perpendicular to the magnetic shield surface and follows the flow of magnetic flux lines. Further, the central portion 23 of the coil 2 also has a shape portion whose longitudinal direction is substantially parallel to the magnetic shield surface and which follows the flow of the magnetic flux line 5. Then, a coil is formed between the inner peripheral portion 22 and the central portion 23 and between the central portion 23 and the outer peripheral portion 24 so that the left and right L-shaped portions of the U-shape correspond to the shape portions along the flow of the magnetic flux lines. The cross-sectional shape is changing step by step.

計算して求めたコイル特性(交流抵抗R、インダクタンスL、Q値)を表2にまとめる。 Table 2 summarizes the calculated coil characteristics (AC resistance R, inductance L, Q value).

(比較例1)
図16は、比較例1の伝送コイルユニットのコイル2および磁気シールド3の断面寸法図である。図12のA−A′断面図に相当する。
(Comparative Example 1)
FIG. 16 is a cross-sectional dimensional view of the coil 2 and the magnetic shield 3 of the transmission coil unit of Comparative Example 1. Corresponds to the cross-sectional view taken along the line AA'in FIG.

各巻のコイル導体21の断面形状は、図16に示すように、9.2×2mmの矩形形状で、何れも磁気シールド3の磁気シールド面に平行に配置されている。コイル導体21は6巻である。コイル導体21の隣同士の間隔ピッチ(隣同士のコイル導体の中心の間隔)およびコイル導体21と磁気シールドの最近接距離、最内周のコイル導体21の中心と渦巻状コイルの中心との距離、最外周のコイル導体21の中心と渦巻状コイルの中心との距離は、図13と同様に、それぞれ12.5mm、5mm、107.5mm、170mmである。 As shown in FIG. 16, the cross-sectional shape of the coil conductor 21 of each winding is a rectangular shape of 9.2 × 2 mm, and all of them are arranged parallel to the magnetic shield surface of the magnetic shield 3. The coil conductor 21 has 6 turns. Spacing pitch between adjacent coil conductors 21 (distance between the centers of adjacent coil conductors), the closest distance between the coil conductors 21 and the magnetic shield, and the distance between the center of the innermost coil conductor 21 and the center of the spiral coil. The distances between the center of the outermost coil conductor 21 and the center of the spiral coil are 12.5 mm, 5 mm, 107.5 mm, and 170 mm, respectively, as in FIG.

計算して求めたコイル特性(交流抵抗R、インダクタンスL、Q値)を表2にまとめる。 Table 2 summarizes the calculated coil characteristics (AC resistance R, inductance L, Q value).

(実施例4)
実施例4の伝送コイルユニットのコイルは、図13に示す実施例1のコイルについて、図5に示すように各巻のコイル導体の表面の全面に磁性層を形成したものである。磁性層の膜厚は0.2mmである。
(Example 4)
The coil of the transmission coil unit of the fourth embodiment is a coil of the first embodiment shown in FIG. 13 in which a magnetic layer is formed on the entire surface of the coil conductor of each winding as shown in FIG. The film thickness of the magnetic layer is 0.2 mm.

計算して求めたコイル特性(交流抵抗R、インダクタンスL、Q値)を表2にまとめる。 Table 2 summarizes the calculated coil characteristics (AC resistance R, inductance L, Q value).

(実施例5〜7)
実施例5の伝送コイルユニットは、図14に示す実施例2のコイルについて、図6(A)に示すように、コの字形状のコイル導体の上面および左右の両側面の表面に磁性層を形成したものである。磁性層の膜厚は0.2mmである。
(Examples 5 to 7)
The transmission coil unit of the fifth embodiment has magnetic layers on the upper surface of the U-shaped coil conductor and the surfaces of both left and right sides of the coil of the second embodiment shown in FIG. 14, as shown in FIG. 6 (A). It is formed. The film thickness of the magnetic layer is 0.2 mm.

実施例6の伝送コイルユニットは、図14に示す実施例2のコイルについて、図8(B)に示すように、コイル導体のコの字形状の上面および左右の両側面、そして磁気シールド面に対向する面の表面に磁性層を形成したものである。磁性層の膜厚は0.2mmである。 The transmission coil unit of the sixth embodiment has the coil of the second embodiment shown in FIG. 14 on the U-shaped upper surface of the coil conductor, the left and right side surfaces, and the magnetic shield surface as shown in FIG. 8 (B). A magnetic layer is formed on the surface of the facing surface. The film thickness of the magnetic layer is 0.2 mm.

実施例7の伝送コイルユニットは、図14に示す実施例2のコイルについて、図8(C)に示すように、コイル導体のコの字形状の上面および左右の両側面、磁気シールド面に対向する面の表面に磁性層に加え、さらに凹部の内部の表面にも磁性層を形成したものである。磁性層の膜厚は0.2mmである。 The transmission coil unit of the seventh embodiment faces the U-shaped upper surface of the coil conductor, the left and right side surfaces, and the magnetic shield surface of the coil of the second embodiment shown in FIG. 14, as shown in FIG. 8 (C). In addition to the magnetic layer on the surface of the surface to be formed, a magnetic layer is also formed on the inner surface of the recess. The film thickness of the magnetic layer is 0.2 mm.

実施例5〜7について、計算して求めたコイル特性(交流抵抗R、インダクタンスL、Q値)を表2にまとめる。 Table 2 summarizes the coil characteristics (AC resistance R, inductance L, Q value) obtained by calculation for Examples 5 to 7.

<3.送電コイルと受電コイルの計算による実施例>
本発明に係る伝送コイルユニットを送電コイルと受電コイルとして使用し、両コイルを150mmの距離(伝送距離)を離して互いに向い合せ、対向させた場合のコイル特性(結合係数kと伝送効率η)を計算する。結合係数kは、トランスを構成する送電コイルと受電コイルとの結合の度合いを表す数である。また伝送効率ηは、結合係数kとQ値の積により求めることができる。
<3. Example by calculation of power transmission coil and power reception coil>
Coil characteristics (coupling coefficient k and transmission efficiency η) when the transmission coil unit according to the present invention is used as a transmission coil and a power receiving coil, and both coils face each other at a distance of 150 mm (transmission distance) and face each other. To calculate. The coupling coefficient k is a number representing the degree of coupling between the power transmitting coil and the power receiving coil constituting the transformer. The transmission efficiency η can be obtained by the product of the coupling coefficient k and the Q value.

(実施例8〜11)
実施例8は、図13に示す実施例1の伝送コイルユニットを送電コイルと受電コイルとして使用する場合である。
(Examples 8 to 11)
The eighth embodiment is a case where the transmission coil unit of the first embodiment shown in FIG. 13 is used as a power transmission coil and a power reception coil.

実施例9は、図14に示す実施例2の伝送コイルユニットを送電コイルと受電コイルとして使用する場合である。 The ninth embodiment is a case where the transmission coil unit of the second embodiment shown in FIG. 14 is used as a power transmission coil and a power reception coil.

実施例10は、実施例4の磁性層付き伝送コイルユニットを送電コイルと受電コイルとして使用する場合である。 The tenth embodiment is a case where the transmission coil unit with a magnetic layer of the fourth embodiment is used as a power transmission coil and a power reception coil.

実施例11は、実施例5の磁性層付き伝送コイルユニットを送電コイルと受電コイルとして使用する場合である。 The eleventh embodiment is a case where the transmission coil unit with a magnetic layer of the fifth embodiment is used as a power transmission coil and a power reception coil.

実施例8〜11について、計算して求めたコイル特性(結合係数kと伝送効率η)を表2にまとめる。 Table 2 summarizes the coil characteristics (coupling coefficient k and transmission efficiency η) obtained by calculation for Examples 8 to 11.

(比較例2)
比較例2は、図16に示す比較例1の伝送コイルユニットを送電コイルと受電コイルとして使用する場合である。
(Comparative Example 2)
Comparative Example 2 is a case where the transmission coil unit of Comparative Example 1 shown in FIG. 16 is used as a power transmission coil and a power reception coil.

計算して求めたコイル特性(結合係数kと伝送効率η)を表2にまとめる。 Table 2 summarizes the calculated coil characteristics (coupling coefficient k and transmission efficiency η).


表2から明らかなように、実施例1〜3について、比較例1に比べ交流抵抗が減少し、Q値が高なって高周波損失が少なくなっている。さらにコイル導体の表面に磁性層を形成した実施例4〜5については、交流抵抗がより減少し、Q値が高なって高周波損失が非常に少なくなっている。 As is clear from Table 2, in Examples 1 to 3, the AC resistance is reduced, the Q value is increased, and the high frequency loss is reduced as compared with Comparative Example 1. Further, in Examples 4 to 5 in which the magnetic layer is formed on the surface of the coil conductor, the AC resistance is further reduced, the Q value is increased, and the high frequency loss is very small.

また表2から、実施例8、9および実施例10、11について、比較例2に比べ高い伝送効率ηが得られることが分かる。 Further, from Table 2, it can be seen that higher transmission efficiency η can be obtained for Examples 8 and 9 and Examples 10 and 11 as compared with Comparative Example 2.

したがって、本発明に係る伝送コイルユニットを送電コイルとして、また送電コイルおよび受電コイルとして使用することにより、交流抵抗の増大を抑制し、高い伝送効率の非接触給電を実現することができる。 Therefore, by using the transmission coil unit according to the present invention as a power transmission coil, and as a power transmission coil and a power reception coil, it is possible to suppress an increase in AC resistance and realize non-contact power supply with high transmission efficiency.

(実施例12)
本実施例では、第5の実施の形態の伝送コイルユニットの試作品を用いた実験および実験結果について説明する。まず、試作したコイル2は図7(第5の実施の形態)の形状を有するものであり、外形寸法は250×250mmである。素材はアルミニウムを使用している。図8(D)のようにエッジを含む上面に磁性層を設けたコイルと磁性層を設けないコイルとを試作した。コイル導体21部分の詳細な寸法については図17に示す。また、非磁性絶縁体41であるが、寸法は280×280mm、コイルを埋め込む溝深さは1mmであり(図示せず)、素材はポリカボネートを使用している。また、磁気シールド3(図示せず)の寸法は260mm×260mmで、非磁性絶縁体41を挟んでコイル導体21から5mm離れた位置に設けられている。素材はフェライトである。
(Example 12)
In this embodiment, an experiment and an experimental result using a prototype of the transmission coil unit according to the fifth embodiment will be described. First, the prototype coil 2 has the shape shown in FIG. 7 (fifth embodiment), and has external dimensions of 250 × 250 mm. The material is aluminum. As shown in FIG. 8D, a coil having a magnetic layer on the upper surface including an edge and a coil not provided with a magnetic layer were prototyped. The detailed dimensions of the coil conductor 21 portion are shown in FIG. The non-magnetic insulator 41 has dimensions of 280 x 280 mm, a groove depth for embedding the coil of 1 mm (not shown), and is made of polycarbonate. The size of the magnetic shield 3 (not shown) is 260 mm × 260 mm, and is provided at a position 5 mm away from the coil conductor 21 with the non-magnetic insulator 41 interposed therebetween. The material is ferrite.

以上のように構成された本実施例の伝送コイルユニットのコイル特性(交流抵抗、Q値、インダクタンス)を、インピーダンスアナライザを用いて測定した結果を図18(a)、(b)、(c)にそれぞれ示す。図中、「AP」は上記磁性層を設けないアルミコイルを、「MCP」は上記磁性層を設けたアルミコイルを表す。さらに85kHzにおける特性値を表3に示す。


表2のシミュレーション結果と比較すると、交流抵抗、インダクタンスとも大きめである。例えば、コの字断面のアルミ導体(磁性層なし)を比較すると、表2(実施例2)では交流抵抗74.17mΩ、インダクタンス22.75μHであるのに対し、本実施例では交流抵抗287mΩ、インダクタンス34.9μHとなっている。伝送効率を比較しても、表2(実施例9)では94.0%であったのに対し、本実施例では91.4%とやや低くなっている。
The results of measuring the coil characteristics (AC resistance, Q value, inductance) of the transmission coil unit of the present embodiment configured as described above using an impedance analyzer are shown in FIGS. 18 (a), (b), and (c). Each is shown in. In the figure, "AP" represents an aluminum coil without the magnetic layer, and "MCP" represents an aluminum coil with the magnetic layer. Further, the characteristic values at 85 kHz are shown in Table 3.


Compared with the simulation results in Table 2, both the AC resistance and the inductance are larger. For example, comparing aluminum conductors with a U-shaped cross section (without a magnetic layer), Table 2 (Example 2) has an AC resistance of 74.17 mΩ and an inductance of 22.75 μH, whereas in this example, the AC resistance is 287 mΩ. The inductance is 34.9 μH. Comparing the transmission efficiencies, it was 94.0% in Table 2 (Example 9), but it was slightly lower at 91.4% in this example.

本実施例(実測値)と表2(計算値)の差の原因は、一つはコイルの形状であると考えられる。すなわち、表2では直径350mmで6巻の円形状のモデルを用いて計算したものであるのに対し、本実施例で使用したコイル1辺250mmで10巻の矩形状であるため、コイル導体周辺の磁束密度はより高く、交流抵抗が大きくなる傾向にある。一方、磁性層を設けたことによる交流抵抗低減効果は、計算(表2)では1.2%(94.0%から95.2%)であったのに対し、本実施例では1.6%(91.4%から93.0%)、となり、改善効果はより顕著化する。 One of the causes of the difference between this embodiment (measured value) and Table 2 (calculated value) is considered to be the shape of the coil. That is, in Table 2, the calculation was performed using a circular model having a diameter of 350 mm and 6 turns, whereas the coil used in this embodiment has a side of 250 mm and a rectangular shape of 10 turns. The magnetic flux density is higher and the AC resistance tends to be higher. On the other hand, the AC resistance reduction effect due to the provision of the magnetic layer was 1.2% (94.0% to 95.2%) in the calculation (Table 2), whereas it was 1.6 in this example. % (91.4% to 93.0%), and the improvement effect becomes more remarkable.

比較例として、銅リッツ線(2100本撚線)を用いた同一形状(250mm×250mm矩形)の実測結果を、併せて表3に示す。交流抵抗は41.2mΩと非常に低い。アルミニウムの体積抵抗率は銅に比べて約60%高いが、それを勘案したとしても、本実施例の交流抵抗はリッツ線の3倍強もある。しかし、もしこの差が表皮効果に対する抑圧能力の差に起因するものであるとすれば、コの字断面形状のコイル導体21を数層の磁気薄板(例えば0.2mm厚)を貼りあわせて形成するなど、若干の対策で、この差を縮めることが可能であると推量される。 As a comparative example, Table 3 also shows the actual measurement results of the same shape (250 mm × 250 mm rectangle) using a copper litz wire (2100 stranded wire). The AC resistance is as low as 41.2 mΩ. The volume resistivity of aluminum is about 60% higher than that of copper, but even if this is taken into consideration, the AC resistance of this embodiment is more than three times that of litz wire. However, if this difference is due to the difference in the suppression ability with respect to the skin effect, a coil conductor 21 having a U-shaped cross section is formed by laminating several layers of magnetic thin plates (for example, 0.2 mm thick). It is presumed that this difference can be reduced with some measures such as.

本発明に係る伝送コイルユニットおよび非接触給電装置は、自動車や携帯電話等の電子機器、誘導式加熱装置の分野で利用が可能である。 The transmission coil unit and the non-contact power feeding device according to the present invention can be used in the fields of electronic devices such as automobiles and mobile phones, and inductive heating devices.

1 伝送コイルユニット
2 コイル
21 コイル導体
22 内周部
23 中央部
24 外周部
25 上面幅
26 側面長
3 磁気シールド
4 電気シールド
41 非磁性絶縁体
5 磁束線
6 磁性層
7 送電装置
71 電源
72 整流回路
73 送電回路
74 送電コイル
8 受電装置
81 受電コイル
82 受電回路
83 充放電制御回路
84 バッテリー
9 自動車本体
1 Transmission coil unit 2 Coil 21 Coil conductor 22 Inner circumference 23 Central part 24 Outer part 25 Top surface width 26 Side length 3 Magnetic shield 4 Electric shield 41 Non-magnetic insulator 5 Magnetic field line 6 Magnetic layer 7 Transmission device 71 Power supply 72 Rectifier circuit 73 Transmission circuit 74 Transmission coil 8 Power receiving device 81 Power receiving coil 82 Power receiving circuit 83 Charging / discharging control circuit 84 Battery 9 Automobile body

Claims (11)

渦巻状に巻回されたコイルと所定の距離をおいて前記コイルのコイル面に対向するように配置された磁気シールドとを備えた非接触給電用伝送コイルユニットであって、
各巻のコイル導体の巻回方向のコイル断面形状が、前記コイルに電流が流れた際に発生する磁束線に沿う形状部分を有する非接触給電用伝送コイルユニット。
A non-contact power supply transmission coil unit including a coil wound in a spiral shape and a magnetic shield arranged so as to face the coil surface of the coil at a predetermined distance.
A non-contact power feeding transmission coil unit having a coil cross-sectional shape in the winding direction of each winding coil conductor along a magnetic flux line generated when a current flows through the coil.
前記コイル断面形状が矩形形状であって、
前記矩形形状の長手方向が、前記コイルの内周部と外周部において前記磁気シールドの磁気シールド面に略垂直であり、前記内周部と外周部の間の中央部において前記磁気シールド面に略平行であって、かつ、
前記磁気シールド面に対する前記矩形形状の長手方向の角度が、前記内周部と前記中央部の間および前記中央部と前記外周部の間で、段階的に変化していることを特徴とする請求項1に記載の非接触給電用伝送コイルユニット。
The coil cross-sectional shape is rectangular
The longitudinal direction of the rectangular shape is substantially perpendicular to the magnetic shield surface of the magnetic shield at the inner peripheral portion and the outer peripheral portion of the coil, and is substantially perpendicular to the magnetic shield surface at the central portion between the inner peripheral portion and the outer peripheral portion. Parallel and
A claim characterized in that the longitudinal angle of the rectangular shape with respect to the magnetic shield surface changes stepwise between the inner peripheral portion and the central portion and between the central portion and the outer peripheral portion. Item 2. The non-contact power feeding transmission coil unit according to item 1.
前記コイル断面形状がコの字形状であって、
前記コの字形状の凹部が前記磁気シールド面に対向していることを特徴とする請求項1に記載の非接触給電用伝送コイルユニット。
The coil cross-sectional shape is U-shaped,
The non-contact power supply transmission coil unit according to claim 1, wherein the U-shaped recess faces the magnetic shield surface.
矩形状の平面形状をなし、辺部分が直線部、角部が円弧部となる渦巻き状の溝が形成された非磁性絶縁体を備え、前記コイルは前記溝中に連続して設けられたことを特徴とする請求項3に記載の非接触給電用伝送コイルユニット。 It has a rectangular planar shape, is provided with a non-magnetic insulator in which a spiral groove having a straight portion at a side portion and an arc portion at a corner portion is formed, and the coil is continuously provided in the groove. The non-contact power supply transmission coil unit according to claim 3. 前記非磁性絶縁体は1W/(mK)以上の熱伝導率を有する樹脂より成ることを特徴とする、請求項4に記載の非接触給電用伝送コイルユニット。 The transmission coil unit for non-contact power feeding according to claim 4, wherein the non-magnetic insulator is made of a resin having a thermal conductivity of 1 W / (mK) or more. 前記コイル導体の少なくとも側面は、直接的または間接的に前記前記非磁性絶縁体と接していることを特徴とする請求項4または5のいずれかに記載の非接触給電用伝送コイルユニット。 The non-contact power feeding transmission coil unit according to claim 4, wherein at least a side surface of the coil conductor is in direct or indirect contact with the non-magnetic insulator. 前記コの字形状の上面幅に対する側面長の比が、前記コイルの内周部と外周部において最大であり、前記内周部と外周部の間の中央部において最小であって、かつ、前記比が、前記内周部と前記中央部の間および前記中央部と前記外周部の間で、段階的に変化していることを特徴とする請求項3〜6のいずれか1項に記載の非接触給電用伝送コイルユニット。 The ratio of the side length to the upper surface width of the U-shape is the maximum in the inner peripheral portion and the outer peripheral portion of the coil, the minimum in the central portion between the inner peripheral portion and the outer peripheral portion, and the said. The one according to any one of claims 3 to 6, wherein the ratio changes stepwise between the inner peripheral portion and the central portion and between the central portion and the outer peripheral portion. Transmission coil unit for non-contact power supply. 前記コイル断面形状の、少なくとも前記磁気シールド面に対向している面と反対側の表面および側面に磁性層が形成されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の非接触給電用伝送コイルユニット。 The invention according to any one of claims 1 to 7, wherein a magnetic layer is formed on at least a surface and a side surface of the coil cross-sectional shape opposite to the surface facing the magnetic shield surface. Transmission coil unit for non-contact power supply. 金属平板をレーザ加工またはプレス加工によって渦巻状に溝切り加工する工程と、溝切り加工された前記金属平板をプレス加工によって変形させる工程を含むことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の非接触給電用伝送コイルユニットの製造方法。 Any one of claims 1 to 7, which comprises a step of grooving the metal flat plate in a spiral shape by laser processing or press working, and a step of deforming the grooved metal flat plate by press working. The method for manufacturing a non-contact power supply transmission coil unit according to the section. 金属平板をレーザ加工またはプレス加工によって渦巻状に溝切り加工する工程と、溝切り加工された前記金属平板をプレス加工によって変形させる工程と、溝切り加工された前記金属平板の表面に磁性層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項8記載の非接触給電用伝送コイルユニットの製造方法。 A step of grooving a metal flat plate in a spiral shape by laser processing or press working, a step of deforming the grooved metal flat plate by press working, and a magnetic layer on the surface of the grooved metal flat plate. The method for manufacturing a non-contact power supply transmission coil unit according to claim 8, further comprising a step of forming. 請求項1〜8のいずれか1項記載の非接触給電用伝送コイルユニットを送電コイルとして、または送電コイルおよび受電コイルとして用いることを特徴とする非接触給電装置。



A non-contact power feeding device according to any one of claims 1 to 8, wherein the non-contact power feeding transmission coil unit is used as a power transmission coil, or as a power transmission coil and a power receiving coil.



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