JP2022072736A - Coil and its manufacturing method, power transmission device and power receiving device, and power transmission system - Google Patents
Coil and its manufacturing method, power transmission device and power receiving device, and power transmission system Download PDFInfo
- Publication number
- JP2022072736A JP2022072736A JP2020182344A JP2020182344A JP2022072736A JP 2022072736 A JP2022072736 A JP 2022072736A JP 2020182344 A JP2020182344 A JP 2020182344A JP 2020182344 A JP2020182344 A JP 2020182344A JP 2022072736 A JP2022072736 A JP 2022072736A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- power transmission
- coil
- power
- thin film
- copper thin
- 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.)
- Granted
Links
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 title claims abstract description 196
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 26
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 156
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 156
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 156
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 41
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 50
- 239000011162 core material Substances 0.000 claims description 48
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 17
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 16
- 230000002500 effect on skin Effects 0.000 claims description 15
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 9
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical group [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 claims description 3
- 238000004080 punching Methods 0.000 claims description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 abstract description 179
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 abstract description 34
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 34
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 14
- 239000010408 film Substances 0.000 description 13
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 11
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 11
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 10
- 238000009774 resonance method Methods 0.000 description 8
- 230000009471 action Effects 0.000 description 5
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 5
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 4
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 2
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 2
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 description 1
- -1 for example Chemical compound 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Manufacturing Cores, Coils, And Magnets (AREA)
Abstract
Description
本発明は、コイル及びその製造方法、送電装置及び受電装置並びに電力伝送システムの技術分野に属し、より詳細には、非接触型電力伝送用のコイル及びその製造方法、当該コイルを用いた非接触型の送電装置及び受電装置並びに電力伝送システムの技術分野に属する。 The present invention belongs to the technical fields of coils and manufacturing methods thereof, power transmission devices and power receiving devices, and power transmission systems, and more specifically, coils for non-contact power transmission and manufacturing methods thereof, non-contact using the coils. It belongs to the technical field of type transmission device and power receiving device and power transmission system.
近年、例えばリチウムイオン電池等からなる蓄電池を搭載した電気自動車が普及しつつある。このような電気自動車では、蓄電池に蓄えた電力を使ってモータを駆動して移動することとなるため、蓄電池への効率のよい充電が求められる。そこで、電気自動車に対して充電用プラグ等を物理的に接続することなくそれに搭載されている蓄電池を充電する方法として、互いに離隔して対向された受電コイルと送電コイルを用いる、いわゆるワイヤレス電力伝送に関する研究が行われている。ワイヤレス電力伝送の方式としては、一般には、電界結合方式、電磁誘導方式及び磁界共鳴方式等がある。これらの方式を、例えば送受電される電力の周波数、水平及び垂直それぞれの方向の位置自由度並びに伝送効率等の観点から比較した場合、電気自動車に搭載されている蓄電池を充電するためのワイヤレス電力伝送の方式としては、コンデンサを使った電界結合方式又はコイルを使った磁界共鳴方式が有望視されており、これらに対する研究開発も活発に行われている。このような背景技術を開示した先行技術文献としては、例えば下記特許文献１が挙げられる。この特許文献１には、１回巻き（１ターン）のループコイルと、５．５回巻き（５．５ターン）のオープンコイルと、を用いて磁界共鳴方式により電力伝送を行うコイルが開示されている。 In recent years, electric vehicles equipped with storage batteries such as lithium-ion batteries have become widespread. In such an electric vehicle, the electric power stored in the storage battery is used to drive and move the motor, so that the storage battery is required to be charged efficiently. Therefore, as a method of charging the storage battery mounted on an electric vehicle without physically connecting a charging plug or the like, so-called wireless power transmission using a power receiving coil and a power transmission coil that are separated from each other and opposed to each other is used. Is being researched. The wireless power transmission method generally includes an electric field coupling method, an electromagnetic induction method, a magnetic field resonance method, and the like. When these methods are compared from the viewpoints of, for example, the frequency of power transmitted and received, the degree of positional freedom in each of the horizontal and vertical directions, and the transmission efficiency, wireless power for charging the storage battery mounted on the electric vehicle is used. As a transmission method, an electric field coupling method using a capacitor or a magnetic field resonance method using a coil is promising, and research and development on these are being actively carried out. Examples of the prior art document that discloses such a background technique include the following Patent Document 1. Patent Document 1 discloses a coil that transmits power by a magnetic field resonance method using a one-turn (1 turn) loop coil and a 5.5-turn (5.5 turn) open coil. ing.
一方、電気自動車用の上述したワイヤレス電力伝送（非接触給電）では、最小でも３．７キロワットの高出力の電力を伝送すること（即ちコイルに流すこと）が必要とされる。よって、このような高出力の電力（電流）を流す結果として導体（コイル）の抵抗が高くなると、ジュール熱の発生によりコイルとしての損失が大きくなり、ワイヤレス電力伝送としての効率を低下させてしまうことになる。 On the other hand, the above-mentioned wireless power transmission (contactless power supply) for electric vehicles requires transmission of high output power of at least 3.7 kW (that is, flowing through a coil). Therefore, if the resistance of the conductor (coil) becomes high as a result of passing such high output power (current), the loss as a coil becomes large due to the generation of Joule heat, and the efficiency of wireless power transmission is lowered. It will be.
そこで、上記コイルとしての損失に起因する抵抗を低減するための手法として、コイル自体を撚り線（いわゆるリッツ線）を用いて構成することが考えられる。しかしながら、上記受電コイルが自家用車に搭載されること等を考慮したとき、上記撚り線を用いてコイルを構成することは、コイルとしての重量増加や高価格化を招来する。この問題点を解決するための従来技術としては、例えば銅からなる薄膜と当該薄膜間を絶縁する絶縁層とを積層したコア材を、いわゆるフォトリソグラフィ法を用いて上記コイルの形状にパターニング及びエッチングすることによりコイルを製造することが考えられる。 Therefore, as a method for reducing the resistance caused by the loss of the coil, it is conceivable to configure the coil itself by using a stranded wire (so-called litz wire). However, considering that the power receiving coil is mounted on a private car, the configuration of the coil using the stranded wire leads to an increase in weight and a high price of the coil. As a conventional technique for solving this problem, for example, a core material obtained by laminating a thin film made of copper and an insulating layer that insulates between the thin films is patterned and etched into the shape of the coil by using a so-called photolithography method. It is conceivable to manufacture a coil by doing so.
しかしながら一般に、銅は高価であり、その資源としての埋蔵量も潤沢とは言えない。これに対し、銅と同様に導電材として使用される材料としては、例えばアルミニウムが挙げられる。ここで一般に、アルミニウムは銅と比較して廉価であり、その資源として埋蔵量も多い。またアルミニウムは銅に対して密度が低く、よって軽量化や低コスト化が可能となる等、上記自家用車等に搭載した場合の利点は多いと考えられる。 However, in general, copper is expensive and its reserves as a resource are not abundant. On the other hand, as a material used as a conductive material like copper, for example, aluminum can be mentioned. Here, aluminum is generally cheaper than copper and has a large reserve as its resource. In addition, aluminum has a lower density than copper, which makes it possible to reduce the weight and cost, and it is considered that there are many advantages when it is mounted on the above-mentioned private car or the like.
しかしながらアルミニウムは、銅と比較すると導電率が１／３程度である（即ち抵抗及びそれに対応した損失が大きい）と共に、送受電される電力の入出力用のケーブルをはんだ付けすることが難しいという問題点がある。 However, aluminum has a conductivity of about 1/3 that of copper (that is, the resistance and the corresponding loss are large), and it is difficult to solder the input / output cable of the power to be transmitted and received. There is a point.
そこで本発明は、上記の問題点及び要請に鑑みて為されたもので、その課題の一例は、ワイヤレス電力伝送用のコイルとしてのコストを低減しつつ軽量化することができると共に、コイルとしての伝送効率の向上と動作温度の上昇の防止が可能なコイル及びその製造方法、当該コイルを用いた非接触型の送電装置及び受電装置並びに電力伝送システムを提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems and requirements, and one example of the problem is that the cost as a coil for wireless power transmission can be reduced and the weight can be reduced, and the coil can be used as a coil. It is an object of the present invention to provide a coil capable of improving transmission efficiency and preventing an increase in operating temperature, a method for manufacturing the coil, a non-contact type power transmission device and a power receiving device using the coil, and a power transmission system.
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、非接触型の電力伝送に用いられるコイルにおいて、当該コイルにおける巻回方向に巻回された巻回線であって、前記巻回方向に延在する金属製の芯材と、前記芯材の表面の少なくとも一部を前記巻回方向に沿って被覆する金属製の被覆材と、からなる巻回線を備え、前記芯材の密度が前記被覆材の密度より低く、前記被覆材の導電率が前記芯材の導電率より高いように構成される。 In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 is a winding line wound in the winding direction of the coil in a coil used for non-contact power transmission, and the winding is the same. A winding line comprising a metal core material extending in the direction and a metal covering material covering at least a part of the surface of the core material along the winding direction is provided, and the density of the core material is provided. Is lower than the density of the covering material, and the conductivity of the covering material is higher than the conductivity of the core material.
請求項１に記載の発明によれば、巻回方向に巻回された巻回線が、金属製の芯材及び被覆材からなり、芯材の密度が被覆材の密度より低く、被覆材の導電率が芯材の導電率より高いので、巻回線の表面に近い部分の導電率が高い一方、巻回線の中心に近い芯材の密度が被覆材の密度よりも低いので、コイルとしての損失の低減による伝送効率の向上及び動作温度の上昇の防止と、コイルとしての軽量化及び低コスト化と、を両立させることができる。 According to the first aspect of the present invention, the winding line wound in the winding direction is composed of a metal core material and a coating material, the density of the core material is lower than the density of the coating material, and the conductivity of the coating material is high. Since the rate is higher than the conductivity of the core material, the conductivity of the part near the surface of the winding line is high, while the density of the core material near the center of the winding line is lower than the density of the covering material, so that the loss as a coil is reduced. It is possible to improve the transmission efficiency and prevent the operating temperature from rising due to the reduction, and to reduce the weight and cost of the coil at the same time.
上記の課題を解決するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のコイルにおいて、前記芯材の中心軸に垂直な断面の形状が、当該コイルにおける前記巻回線の巻回面に平行な長辺を有する長方形であり、前記被覆材が、前記長辺の少なくとも一方を前記巻回方向に沿って被覆している。 In order to solve the above problems, the invention according to claim 2 has the coil according to claim 1, wherein the shape of the cross section perpendicular to the central axis of the core material is the winding of the winding line in the coil. It is a rectangle having long sides parallel to the surface, and the covering material covers at least one of the long sides along the winding direction.
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の作用に加えて、芯材の中心軸に垂直な断面が、コイルにおける巻回線の巻回面に平行な長辺を有する長方形であり、被覆材が当該長辺の少なくとも一方を巻回方向に沿って被覆しているので、コイルの軽量化及び低コスト化を促進することができる。 According to the invention of claim 2, in addition to the action of the invention of claim 1, the cross section perpendicular to the central axis of the core material has a long side parallel to the winding surface of the winding line in the coil. Since it is rectangular and the covering material covers at least one of the long sides along the winding direction, it is possible to promote weight reduction and cost reduction of the coil.
上記の課題を解決するために、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のコイルにおいて、前記被覆材が、二つの前記長辺を前記巻回方向に沿って被覆している。 In order to solve the above problems, in the invention according to claim 3, in the coil according to claim 2, the covering material covers two long sides along the winding direction.
請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の作用に加えて、芯材の断面における二つの長辺を被覆材が巻回方向に沿って被覆しているので、損失の低減を促進することができる。 According to the invention of claim 3, in addition to the action of the invention of claim 2, since the covering material covers the two long sides in the cross section of the core material along the winding direction, the loss Can be promoted.
上記の課題を解決するために、請求項４に記載の発明は、請求項２又は請求項３に記載のコイルにおいて、前記被覆材が前記芯材の表面の全てを被覆している。 In order to solve the above problems, in the invention according to claim 4, in the coil according to claim 2 or 3, the covering material covers the entire surface of the core material.
請求項４に記載の発明によれば、請求項２又は請求項３に記載の発明の作用に加えて、被覆材が芯材の表面の全てを被覆しているので、損失の低減を更に促進することができる。 According to the invention of claim 4, in addition to the action of the invention of claim 2 or 3, since the covering material covers the entire surface of the core material, the reduction of loss is further promoted. can do.
上記の課題を解決するために、請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のコイルにおいて、前記被覆材の厚さが、前記電力伝送に用いられる電流の周波数における表皮効果が表れる表皮厚さの半分以下の厚さであるように構成される。 In order to solve the above problems, in the invention according to claim 5, in the coil according to any one of claims 1 to 4, the thickness of the covering material is used for the power transmission. It is configured to be less than half the skin thickness at which the skin effect appears at the frequency of the current.
請求項５に記載の発明によれば、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の発明の作用に加えて、被覆材の厚さが、電力伝送に用いられる電流の周波数における表皮効果が表れる表皮厚さの半分以下の厚さであるので、電力伝送によってコイルに発生する表皮効果に起因する交流抵抗を効果的に低減することができる。 According to the invention of claim 5, in addition to the action of the invention of any one of claims 1 to 4, the thickness of the coating material is the skin effect at the frequency of the current used for power transmission. Since the thickness is less than half of the skin thickness at which the effect appears, it is possible to effectively reduce the AC resistance caused by the skin effect generated in the coil by power transmission.
上記の課題を解決するために、請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のコイルにおいて、前記芯材がアルミニウム製の芯材であり、前記被覆材が銅製の被覆材であるように構成される。 In order to solve the above problems, in the invention according to claim 6, in the coil according to any one of claims 1 to 5, the core material is an aluminum core material, and the coating material is covered. The material is configured to be a copper covering.
請求項６に記載の発明によれば、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の発明の作用に加えて、芯材がアルミニウム製の芯材であり、被覆材が銅製の被覆材であるので、伝送効率の向上及び動作温度の上昇の防止と、コイルとしての軽量化及び低コスト化と、を効果的に両立させることができる。 According to the invention of claim 6, in addition to the action of the invention according to any one of claims 1 to 5, the core material is an aluminum core material and the coating material is a copper coating. Since it is a material, it is possible to effectively achieve both improvement of transmission efficiency and prevention of an increase in operating temperature, weight reduction and cost reduction as a coil.
上記の課題を解決するために、請求項７に記載の発明は、送電装置と、当該送電装置から離隔した受電装置と、により構成され、前記送電装置から非接触で前記受電装置に電力を伝送する電力伝送システムに含まれる前記送電装置において、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の前記コイルである送電コイルであって、前記受電装置に対向して配置される送電コイルと、伝送すべき電力を前記送電コイルに出力する出力手段と、を備える。 In order to solve the above problems, the invention according to claim 7 is composed of a power transmission device and a power receiving device separated from the power transmission device, and transmits power from the power transmission device to the power receiving device in a non-contact manner. The power transmission coil included in the power transmission system, which is the coil according to any one of claims 1 to 6, is a power transmission coil arranged to face the power receiving device. , An output means for outputting electric power to be transmitted to the power transmission coil.
上記の課題を解決するために、請求項８に記載の発明は、送電装置と、当該送電装置から離隔した受電装置と、により構成され、前記送電装置から非接触で前記受電装置に電力を伝送する電力伝送システムに含まれる前記受電装置において、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の前記コイルである受電コイルであって、前記送電装置に対向して配置される受電コイルと、当該受電コイルに接続された入力手段と、を備える。 In order to solve the above problems, the invention according to claim 8 is composed of a power transmission device and a power receiving device separated from the power transmission device, and transmits power from the power transmission device to the power receiving device in a non-contact manner. In the power receiving device included in the power transmission system, the power receiving coil which is the coil according to any one of claims 1 to 6 and which is arranged to face the power transmission device. , And an input means connected to the power receiving coil.
上記の課題を解決するために、請求項９に記載の発明は、請求項７に記載の送電装置と、当該送電装置から離隔し、且つ前記送電コイルに対向して配置される受電装置であって、前記送電装置から送信された電力を受電する受電装置と、を備える。 In order to solve the above problems, the invention according to claim 9 is the power transmission device according to claim 7 and a power receiving device that is separated from the power transmission device and is arranged so as to face the power transmission coil. A power receiving device for receiving the electric power transmitted from the power transmitting device is provided.
上記の課題を解決するために、請求項１０に記載の発明は、送電装置と、請求項８に記載の受電装置であって、前記送電装置から離隔し且つ前記受電コイルが当該送電装置に対向して配置され、前記送電装置から送信された電力を受電する受電装置と、を備える。
ことを特徴とする非接触型の電力伝送システム。
In order to solve the above problems, the invention according to
A non-contact power transmission system characterized by this.
請求項７から請求項１０のいずれか一項に記載の発明によれば、電力伝送システムを構成する送電装置に備えられた送電コイル又は受電装置に備えられた受電コイルの少なくともいずれか一方が請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のコイルであるので、当該送電コイル又は当該受電コイルを対向させて非接触型の電力伝送を行った場合に、上記損失の低減に起因する伝送効率の向上及び動作温度の上昇の防止と、コイルとしての軽量化及び低コスト化と、を両立させることができる。 According to the invention according to any one of claims 7 to 10, at least one of the transmission coil provided in the power transmission device constituting the power transmission system and the power receiving coil provided in the power receiving device is claimed. Since the coil according to any one of items 1 to 6, the transmission is caused by the reduction of the loss when the power transmission coil or the power receiving coil is opposed to each other to perform non-contact power transmission. It is possible to improve efficiency and prevent an increase in operating temperature, and to reduce the weight and cost of the coil at the same time.
上記の課題を解決するために、請求項１１に記載の発明は、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のコイルの製造方法であって、前記芯材となる金属板を打ち抜くことにより前記芯材を製造する芯材製造工程と、前記製造された芯材における被覆されるべき部分に、電気めっき法により前記被覆材を形成する被覆材形成工程と、を含む。 In order to solve the above problems, the invention according to claim 11 is the method for manufacturing a coil according to any one of claims 1 to 6, wherein a metal plate as a core material is punched out. This includes a core material manufacturing step of manufacturing the core material, and a covering material forming step of forming the covering material on the portion to be covered in the manufactured core material by an electroplating method.
請求項１１に記載の発明によれば、芯材製造工程と、被覆材形成工程と、を含むので、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のコイルと効率的に製造できる。 According to the invention of claim 11, since the core material manufacturing step and the covering material forming step are included, the coil according to any one of claims 1 to 6 can be efficiently manufactured.
本発明によれば、巻回方向に巻回された巻回線が、金属製の芯材及び被覆材からなり、芯材の密度が被覆材の密度より低く、被覆材の導電率が芯材の導電率より高い。 According to the present invention, the winding line wound in the winding direction is composed of a metal core material and a coating material, the density of the core material is lower than the density of the coating material, and the conductivity of the coating material is that of the core material. Higher than conductivity.
従って、巻回線の表面に近い部分の導電率が高い一方、巻回線の中心に近い芯材の密度が被覆材の密度よりも低いので、コイルとしての損失の低減による伝送効率の向上及び動作温度の上昇の防止と、コイルとしての軽量化及び低コスト化と、を両立させることができる。 Therefore, while the conductivity of the portion near the surface of the winding line is high, the density of the core material near the center of the winding line is lower than the density of the covering material, so that the transmission efficiency is improved and the operating temperature is improved by reducing the loss as a coil. It is possible to achieve both the prevention of the rise of the coil and the weight reduction and cost reduction of the coil.
次に、本発明を実施するための形態について、図１乃至図３を用いて説明する。なお、以下に説明する実施形態及び変形形態は、電気自動車に搭載されている充電池を充電するための電力を、当該充電池を備えた電気自動車に対して磁界共鳴方式により非接触で伝送する電力伝送システムに対して、本発明を適用した場合の実施形態及び変形形態である。 Next, a mode for carrying out the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3. In the embodiments and modifications described below, the electric power for charging the rechargeable battery mounted on the electric vehicle is transmitted to the electric vehicle equipped with the rechargeable battery in a non-contact manner by a magnetic field resonance method. It is an embodiment and a modification when this invention is applied to a power transmission system.
ここで、実施形態及び変形形態の磁界共鳴方式による電力伝送システムは、電力を送る後述の送電コイルと、当該送電コイルから離隔して向き合うように（即ち対向するように）配置され且つ送電コイルから送られた電力を受電する後述の受電コイルと、を備える。 Here, the electric power transmission system by the magnetic field resonance method of the embodiment and the modified form is arranged so as to face (that is, face each other) away from the power transmission coil described later, which is to send power, and from the power transmission coil. It is provided with a power receiving coil, which will be described later, for receiving the transmitted power.
（Ｉ）実施形態の電力伝送システムの全体構成及び動作について
先ず、実施形態の電力伝送システムの全体構成及び動作について、図１を用いて説明する。なお図１は、実施形態の電力伝送システムの概要構成を示すブロック図である。
(I) Overall configuration and operation of the power transmission system of the embodiment
First, the overall configuration and operation of the power transmission system of the embodiment will be described with reference to FIG. Note that FIG. 1 is a block diagram showing an outline configuration of the power transmission system of the embodiment.
図１に示すように、実施形態の電力伝送システムＳは、受電部ＲＶ及び上記受電コイルＲＣを備えた受電装置Ｒと、送電部ＴＲ及び上記送電コイルＴＣを備えた送電装置Ｔと、により構成されている。このとき受電装置Ｒは上記電気自動車に搭載され、且つ当該電気自動車に搭載されている図示しない蓄電池に接続されている。一方送電装置Ｔは、当該電気自動車が移動又は停車する位置の地面に設置されている。そして、当該蓄電池を充電する場合、受電装置Ｒの受電コイルＲＣと送電装置Ｔの送電コイルＴＣとが対向するように電気自動車が運転又は停車される。なお、実施形態の電力伝送システムＳによる上記蓄電池の充電に際しては、停車している電気自動車に搭載されている受電装置Ｒに対して、その停車位置の下方の地面に設置された送電装置Ｔの送電コイルＴＣを介して、当該送電装置Ｔから電力を伝送するように構成することができる。またこの他、移動中の電気自動車に搭載されている受電装置Ｒに対して、その電気自動車が移動している道路の一定距離の区間に設置された複数の送電装置Ｔの送電コイルＴＣを介して、当該送電装置Ｔから連続的に電力を伝送するように構成してもよい。このとき、送電部ＴＲが本発明の「出力手段」の一例に相当し、受電部ＲＶが本発明の「入力手段」の一例に相当する。 As shown in FIG. 1, the power transmission system S of the embodiment includes a power receiving device R including a power receiving unit RV and the power receiving coil RC, and a power transmission device T including a power transmission unit TR and the power transmission coil TC. Has been done. At this time, the power receiving device R is mounted on the electric vehicle and is connected to a storage battery (not shown) mounted on the electric vehicle. On the other hand, the power transmission device T is installed on the ground where the electric vehicle moves or stops. Then, when charging the storage battery, the electric vehicle is operated or stopped so that the power receiving coil RC of the power receiving device R and the power transmission coil TC of the power transmission device T face each other. When charging the storage battery by the power transmission system S of the embodiment, the power transmission device T installed on the ground below the stop position of the power receiving device R mounted on the stopped electric vehicle is used. It can be configured to transmit electric power from the power transmission device T via the power transmission coil TC. In addition, for the power receiving device R mounted on the moving electric vehicle, via the power transmission coil TC of a plurality of power transmission devices T installed in a certain distance section of the road on which the electric vehicle is moving. Therefore, it may be configured to continuously transmit electric power from the power transmission device T. At this time, the power transmission unit TR corresponds to an example of the "output means" of the present invention, and the power receiving unit RV corresponds to an example of the "input means" of the present invention.
一方上記送電コイルＴＣには、受電装置Ｒに送電すべき電力が送電部ＴＲから入力される。これにより送電コイルＴＣは、当該電力を磁界共鳴方式により受電コイルＲＣに送電する。このとき、送電コイルＴＣ及び受電コイルＲＣが本発明の「コイル」の一例にそれぞれ相当する。 On the other hand, in the power transmission coil TC, the power to be transmitted to the power receiving device R is input from the power transmission unit TR. As a result, the power transmission coil TC transmits the electric power to the power reception coil RC by the magnetic field resonance method. At this time, the power transmission coil TC and the power reception coil RC correspond to an example of the "coil" of the present invention, respectively.
以上の構成において、送電装置Ｔの送電部ＴＲは、例えば電力伝送システムＳが用いられる国における電波法等の法規等に対応しつつ、受電装置Ｒに伝送すべき上記電力を送電コイルＴＣに出力する。これにより送電コイルＴＣは、出力された電力を磁界共鳴方式により受電コイルＲＣに送電する。このときに対応すべき法規等は、例えば人体への影響を考慮して漏洩磁界が予め決められた所定のレベル以下になるように規制している。また、全ての送電装置Ｔと受電装置Ｒとの間における相互接続利用が可能となるためには、結果的に、両者が予め決められた所定範囲の周波数を利用する必要があり、このため上記所定範囲の周波数又は周波数帯域は、上記法規等としてのＩＳＯ（International Organization for Standardization）又はＩＥＣ（International Electrotechnical Commission）等の国際機関の推奨に従う必要がある。また、送電コイルＴＣと受電コイルＲＣとの間の所定の位置ずれも考慮した伝送効率の下限値も上記国際機関により規定されているため、電力伝送システムＳとしても高い電力の伝送効率が要求される。 In the above configuration, the power transmission unit TR of the power transmission device T outputs the above power to be transmitted to the power reception device R to the power transmission coil TC while complying with the regulations such as the Radio Law in the country where the power transmission system S is used. do. As a result, the power transmission coil TC transmits the output power to the power reception coil RC by the magnetic field resonance method. The laws and regulations that should be dealt with at this time regulate the leakage magnetic field so that it is below a predetermined level, for example, in consideration of the influence on the human body. Further, in order to be able to use the interconnection between all the power transmission device T and the power receiving device R, as a result, it is necessary for both to use a frequency in a predetermined range, which is the above. The frequency or frequency band in the predetermined range must follow the recommendations of international organizations such as ISO (International Organization for Standardization) or IEC (International Electrotechnical Commission) as the above-mentioned regulations. Further, since the lower limit value of the transmission efficiency considering the predetermined positional deviation between the power transmission coil TC and the power reception coil RC is also defined by the above-mentioned international organization, the power transmission system S is also required to have high power transmission efficiency. To.
そして、上記磁界共鳴方式により送電コイルＴＣからの上記電力を受電した受電装置Ｒの受電コイルＲＣは、当該受電した電力を受電部ＲＶに出力する。これにより受電部ＲＶは、当該電力に対応した出力（例えば、後述するように８５キロヘルツの高周波電力となる）を、例えば図示しない電力変換ユニットによりＤＣ（直流）電流に変換し、電気自動車の蓄電池に出力する。以上の受電装置Ｒの構成により、当該蓄電池には必要量の電力が充電される。 Then, the power receiving coil RC of the power receiving device R that has received the power from the power transmission coil TC by the magnetic field resonance method outputs the received power to the power receiving unit RV. As a result, the power receiving unit RV converts the output corresponding to the power (for example, high frequency power of 85 kilohertz as described later) into DC (direct current) current by a power conversion unit (not shown), and the storage battery of the electric vehicle. Output to. With the above configuration of the power receiving device R, the storage battery is charged with a required amount of electric power.
（II）送電コイルＴＣ（受電コイルＲＣ）の構成について
次に、上述した実施形態の電力伝送システムＳに用いられる、実施形態の送電コイルＴＣ及び受電コイルＲＣの構成について、図２を用いて説明する。なお、実施形態の送電コイルＴＣと受電コイルＲＣとは、基本的に同じ構成を備える。よって以下の説明では、送電コイルＴＣについて、その構造を説明する。また、図２は実施形態の送電コイルＴＣの構造を示す平面図であり、送電装置Ｔにおいて、受電装置Ｒ側から送電コイルＴＣを見た場合（図１参照）の平面図である。
(II) Configuration of power transmission coil TC (power receiving coil RC)
Next, the configurations of the power transmission coil TC and the power reception coil RC of the embodiment used in the power transmission system S of the above-described embodiment will be described with reference to FIG. The power transmission coil TC and the power reception coil RC of the embodiment basically have the same configuration. Therefore, in the following description, the structure of the power transmission coil TC will be described. Further, FIG. 2 is a plan view showing the structure of the power transmission coil TC of the embodiment, and is a plan view of the power transmission device T when the power transmission coil TC is viewed from the power receiving device R side (see FIG. 1).
図２にその平面図を示すように、実施形態の送電コイルＴＣは、並行して巻回された後述する二本の例えば銅薄膜線ＴＬ１及び銅薄膜線ＴＬ２が、絶縁性のフィルムＢＦ（詳細は後述する）上に積層されて構成される。この構成において、銅薄膜線ＴＬ１及び銅薄膜線ＴＬ２のそれぞれが、本発明の「巻回線」の一例に相当する。ここで実施形態では、送電コイルＴＣの積層のためにフィルムＢＦを用いているが、これらの他に、ガラスエポキシ材料等の絶縁性の材料を用いることもできる。また、送電コイルＴＣとして発生した熱を効率良く放熱するため、例えばセラミック粒子等を分散した薄膜化材料を用いることもできる。更にまた、銅薄膜線ＴＬ１及び銅薄膜線ＴＬ２の巻回の中心は、各巻回において相互に同一又は略同一とされている。 As shown in the plan view in FIG. 2, in the power transmission coil TC of the embodiment, two copper thin film wires TL1 and a copper thin film wire TL2, which will be described later, are wound in parallel to form an insulating film BF (details). Will be described later). In this configuration, each of the copper thin film wire TL1 and the copper thin film wire TL2 corresponds to an example of the "winding line" of the present invention. Here, in the embodiment, the film BF is used for laminating the power transmission coil TC, but in addition to these, an insulating material such as a glass epoxy material can also be used. Further, in order to efficiently dissipate the heat generated as the power transmission coil TC, for example, a thin film material in which ceramic particles or the like are dispersed can be used. Furthermore, the winding centers of the copper thin film wire TL1 and the copper thin film wire TL2 are the same or substantially the same in each winding.
図２に示すように、送電コイルＴＣは、同じ層内を相互に並行して巻回されている上記銅薄膜線ＴＬ１及び上記銅薄膜線ＴＬ２により構成されており、その最外周部の一辺に、銅薄膜線ＴＬ１及び銅薄膜線ＴＬ２を接続すると共に銅薄膜線ＴＬ１及び銅薄膜線ＴＬ２を送電部ＴＲに接続するための外部接続端子Ｏ１及び外部接続端子Ｏ２を有している。そして送電コイルＴＣは、並行する銅薄膜線ＴＬ１及び銅薄膜線ＴＬ２が、上記外部接続端子Ｏ１の位置（図２に示す場合は右辺部）から反時計方向に四回転（４ターン）巻回されて構成されており、銅薄膜線ＴＬ１及び銅薄膜線ＴＬ２それぞれの他端部が、上記巻回における最内周部から最外周部（図２に示す場合は右辺部）に引き出され、上記外部接続端子Ｏ２とされている。このとき、銅薄膜線ＴＬ１及び銅薄膜線ＴＬ２の交差部分（図２右下部に破線で示されている交差部分）では、フィルムＢＦ又は他の絶縁層を挟んだ積層構造或いはジャンパ線を用いる方法等により、交差対象の銅薄膜線ＴＬ１及び銅薄膜線ＴＬ２同士が絶縁されつつ相互に交差されている。また、図２に例示する場合の銅薄膜線ＴＬ１及び銅薄膜線ＴＬ２のそれぞれは、全周に渡って同一幅及び同一厚さとされている。更に銅薄膜線ＴＬ１及び銅薄膜線ＴＬ２としては、図２におけるその上辺部、下辺部、左辺部及び右辺部それぞれに直線部が設けられており、それぞれの直線部が、略同心円弧状の曲線部により接続されている。なお、実施形態の送電コイルＴＣにおいては、図２に示す銅薄膜線ＴＬ１の幅Ｗ１と銅薄膜線ＴＬ２の幅Ｗ２との関係は、送電コイルＴＣの全体に渡って幅Ｗ１＜幅Ｗ２とされており、これにより、送電コイルＴＣ又は受電コイルＲＣにおける後述する交流抵抗の低減を図っている。 As shown in FIG. 2, the power transmission coil TC is composed of the copper thin film wire TL1 and the copper thin film wire TL2 wound in parallel with each other in the same layer, and is formed on one side of the outermost peripheral portion thereof. It has an external connection terminal O1 and an external connection terminal O2 for connecting the copper thin film wire TL1 and the copper thin film wire TL2 and connecting the copper thin film wire TL1 and the copper thin film wire TL2 to the transmission unit TR. Then, in the power transmission coil TC, the parallel copper thin film wire TL1 and the copper thin film wire TL2 are wound four times (4 turns) counterclockwise from the position of the external connection terminal O1 (the right side portion in the case of FIG. 2). The other ends of the copper thin film wire TL1 and the copper thin film wire TL2 are drawn out from the innermost peripheral portion to the outermost peripheral portion (the right side portion in the case of FIG. 2) in the winding, and the outer end thereof. It is a connection terminal O2. At this time, at the intersection of the copper thin film wire TL1 and the copper thin film wire TL2 (the intersection shown by the broken line in the lower right of FIG. 2), a method using a laminated structure or a jumper wire sandwiching a film BF or another insulating layer. As a result, the copper thin film wire TL1 and the copper thin film wire TL2 to be crossed are insulated from each other and crossed each other. Further, each of the copper thin film wire TL1 and the copper thin film wire TL2 in the example shown in FIG. 2 has the same width and the same thickness over the entire circumference. Further, the copper thin film wire TL1 and the copper thin film wire TL2 are provided with straight lines on each of the upper side portion, the lower side portion, the left side portion and the right side portion in FIG. 2, and each straight line portion is a substantially concentric arcuate curved portion. Is connected by. In the power transmission coil TC of the embodiment, the relationship between the width W1 of the copper thin film wire TL1 and the width W2 of the copper thin film wire TL2 shown in FIG. 2 is such that the width W1 <width W2 over the entire power transmission coil TC. As a result, the AC resistance of the power transmission coil TC or the power reception coil RC, which will be described later, is reduced.
次に、銅薄膜線ＴＬ１及び銅薄膜線ＴＬ２それぞれの構造について、関連する第１変形形態の銅薄膜線及び第２変形形態の銅薄膜線それぞれの構造と共に、図３を用いて説明する。なお図３は、実施形態の送電コイルＴＣの構造等を示す断面図である。 Next, the structures of the copper thin film wire TL1 and the copper thin film wire TL2 will be described with reference to FIGS. 3 together with the structures of the copper thin film wire of the first modified form and the copper thin film wire of the second modified form. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure and the like of the power transmission coil TC of the embodiment.
先ず、実施形態の送電コイルＴＣを構成する銅薄膜線ＴＬ１及び銅薄膜線ＴＬ２それぞれの構造について、銅薄膜線ＴＬ２を代表として、図３（ａ）を用いて説明する。なお、銅薄膜線ＴＬ１の断面構造は、その幅Ｗ１を除いて銅薄膜線ＴＬ２の断面構造と同一である。 First, the structures of the copper thin film wire TL1 and the copper thin film wire TL2 constituting the power transmission coil TC of the embodiment will be described with reference to FIG. 3A, with the copper thin film wire TL2 as a representative. The cross-sectional structure of the copper thin film wire TL1 is the same as the cross-sectional structure of the copper thin film wire TL2 except for the width W1.
ここで、実施形態の電力伝送システムＳにより送電コイルＴＣから受電コイルＲＣに伝送される電力の上記周波数は、例えば法律により予め定められている。より具体的に、実施形態の電力伝送システムＳによる電力伝送（即ち、上記電気自動車に対する電力伝送）の場合には、８５キロヘルツの高周波とされている。このとき、高周波の電流を導体に流すと、その電流密度は、導体の表面で高く、表面からその中心に向かうほど低くなることが知られている。またこの点については、電流の周波数が高くなるほど電流が表面へ集中することとなるので、この結果として、その導体の交流抵抗は高くなってしまう。この現象は、いわゆる「導体の表皮効果」として知られているところである。なお以下の説明において、高周波の電流を導体に流す際の当該導体における上記交流抵抗を、単に「インピーダンス」と称する。そして、実施形態の電力伝送システムＳによる電力伝送において、上記８５キロヘルツの高周波の電流を用いつつ高出力の電力を伝送しようとすると、当該高出力の電力（電流）を流す結果として上記表皮効果によって銅薄膜線ＴＬ１及び銅薄膜線ＴＬ２の抵抗が更に高くなることで、上記ジュール熱に起因する損失が大きくなり、この点でも当該電力伝送としての効率を低下させてしまう。 Here, the frequency of the electric power transmitted from the transmission coil TC to the power receiving coil RC by the electric power transmission system S of the embodiment is predetermined by, for example, by law. More specifically, in the case of electric power transmission by the electric power transmission system S of the embodiment (that is, electric power transmission to the electric vehicle), the high frequency of 85 kHz is set. At this time, it is known that when a high-frequency current is passed through a conductor, the current density is high on the surface of the conductor and decreases toward the center of the conductor. Regarding this point, the higher the frequency of the current, the more the current concentrates on the surface, and as a result, the AC resistance of the conductor increases. This phenomenon is known as the so-called "skin effect of conductors". In the following description, the AC resistance in the conductor when a high frequency current is passed through the conductor is simply referred to as "impedance". Then, in the power transmission by the power transmission system S of the embodiment, when an attempt is made to transmit a high output power while using the high frequency current of 85 kilohertz, the high output power (current) is passed, and as a result, the skin effect is exerted. As the resistance of the copper thin film wire TL1 and the copper thin film wire TL2 becomes higher, the loss due to the Joule heat becomes larger, and in this respect as well, the efficiency of the power transmission is lowered.
また、上記表皮効果と同様に高周波によるワイヤレス電力伝送としての効率を低下させてしまう電気的な現象としては、それぞれの巻回において銅薄膜線ＴＬ１又は銅薄膜線ＴＬ２同士が近接することに起因する、いわゆる「導体の近接効果」が挙げられる。よって、この近接効果によるインピーダンスの上昇についても、対策を講じる必要がある。 Further, the electrical phenomenon that reduces the efficiency of wireless power transmission by high frequency as in the above skin effect is caused by the fact that the copper thin film wires TL1 or the copper thin film wires TL2 are close to each other in each winding. , So-called "conductor proximity effect". Therefore, it is necessary to take measures against the increase in impedance due to this proximity effect.
そこで、実施形態の送電コイルＴＣを構成する銅薄膜線ＴＬ２は、図３（ａ）にその断面図を示すように、送電コイルＴＣの全周に渡って、フィルムＢＦの側から順に、被覆材としての銅薄膜２、芯材としてのアルミニウム薄膜１０及び被覆材としての銅薄膜１が積層されて構成されている。即ち、銅薄膜線ＴＬ２では、上記表皮効果又は上記近接効果によるインピーダンスの増大が一般に大きくなるとされている銅薄膜線ＴＬ２の表面（表裏両面）を、銅薄膜１及び銅薄膜２（即ち、アルミニウム薄膜１０より導電率が高い銅薄膜１及び銅薄膜２）により形成することで、当該インピーダンスの増大を抑制している。これに加えて、銅薄膜線ＴＬ２では、上記表皮効果又は上記近接効果によるインピーダンスの増大が小さいとされる銅薄膜線ＴＬ２の中心に近い部分を、アルミニウム薄膜１０（即ち、銅薄膜１及び銅薄膜２より密度が低いアルミニウム薄膜１０）により形成することで、銅薄膜線ＴＬ２（即ち結果的に送電コイルＴＣ）の軽量化と低コスト化を図っている。このとき、銅薄膜１及び銅薄膜２それぞれの厚さは、銅薄膜線ＴＬ２の表面における上記表皮効果及び上記近接効果が表れる表皮部分の厚さの半分以下の厚さとして、例えば２５マイクロメートルとされている。これに対し、アルミニウム薄膜１０の厚さは例えば５００マイクロメートルとされている。そして、銅薄膜線ＴＬ２が銅薄膜２の面でフィルムＢＦに例えば接着されることにより、送電コイルＴＣが構成されている。
Therefore, as shown in the cross-sectional view of FIG. 3A, the copper thin film wire TL2 constituting the transmission coil TC of the embodiment is a covering material in order from the film BF side over the entire circumference of the transmission coil TC. The copper thin film 2 as a core material, the aluminum
なお、実施形態の銅薄膜線ＴＬ１及び銅薄膜線ＴＬ２それぞれの断面構造については、複数の変形形態の断面構造が採用し得るので、これらの変形形態を、銅薄膜線ＴＬ２に対応する銅薄膜線を代表として図３（ｂ）乃至図３（ｄ）を用いてそれぞれ説明する。なお、銅薄膜線ＴＬ１に対応する各変形形態の銅薄膜線の断面構造は、その幅を除いて、銅薄膜線ＴＬ２に対応する各変形形態の銅薄膜線の断面構造と同一である。また、図３（ｂ）乃至図３（ｄ）において、実施形態の送電コイルＴＣと同様の鋼製部材については、同一の部材番号を付して細部の説明は省略する。 As for the cross-sectional structures of the copper thin film wire TL1 and the copper thin film wire TL2 of the embodiment, a plurality of modified cross-sectional structures can be adopted. Will be described with reference to FIGS. 3 (b) to 3 (d) as representatives. The cross-sectional structure of the copper thin film wire of each modified form corresponding to the copper thin film wire TL1 is the same as the cross-sectional structure of the copper thin film wire of each modified form corresponding to the copper thin film wire TL2, except for the width thereof. Further, in FIGS. 3 (b) to 3 (d), the same member numbers are assigned to the steel members similar to the power transmission coil TC of the embodiment, and detailed description thereof will be omitted.
即ち第１変形形態として、その断面を図３（ｂ）に示すように、第1変形形態の銅薄膜線ＴＬ２ａは、第１変形形態の送電コイルの全周に渡って、フィルムＢＦの側から順に、アルミニウム薄膜１０及び銅薄膜３が積層されて構成されている。そして、銅薄膜３の厚さは例えば１００マイクロメートルであり、アルミニウム薄膜１０の厚さは実施形態の銅薄膜線ＴＬ２と同様に例えば５００マイクロメートルとされている。このとき、第１変形形態の銅薄膜線ＴＬ２ａは、上記表皮効果及び上記近接効果の影響を受け易い銅薄膜線ＴＬ２ａの一方の面にのみ、銅薄膜３が積層されている。そして、銅薄膜線ＴＬ２ａがアルミニウム薄膜１０の面でフィルムＢＦに例えば接着されることにより、第１変形形態の送電コイルが構成されている。
That is, as the first modified form, as shown in FIG. 3 (b), the copper thin film wire TL2a of the first modified form extends from the film BF side over the entire circumference of the power transmission coil of the first modified form. The aluminum
また第２変形形態として、その断面を図３（ｃ）に示すように、第２変形形態の銅薄膜線ＴＬ２ｂは、第２変形形態の送電コイルの全周に渡って、フィルムＢＦの側から順に、銅薄膜４、アルミニウム薄膜１０及び銅薄膜３が積層されて構成されている。そして、銅薄膜３及び銅薄膜４それぞれの厚さは例えば１００マイクロメートルであり、アルミニウム薄膜１０の厚さは例えば５００マイクロメートルとされている。このとき、第２変形形態の銅薄膜線ＴＬ２ｂは、実施形態の銅薄膜線ＴＬ２と同様に、上記表皮効果及び上記近接効果の影響を受け易い銅薄膜線ＴＬ２ａの二つの面に、実施形態の銅薄膜線ＴＬ２とは異なる厚さの銅薄膜３及び銅薄膜４がそれぞれ積層されている。そして、銅薄膜線ＴＬ２ｂが銅薄膜４の面でフィルムＢＦに例えば接着されることにより、第２変形形態の送電コイルが構成されている。
Further, as the second modified form, as shown in FIG. 3 (c), the copper thin film wire TL2b of the second modified form extends from the film BF side over the entire circumference of the transmission coil of the second modified form. A copper thin film 4, an aluminum
最後に第３変形形態として、その断面を図３（ｄ）に示すように、第３変形形態の銅薄膜線ＴＬ２ｃは、第３変形形態の送電コイルの全周に渡って、アルミニウム薄膜１０の周囲全部が銅薄膜５により被覆されており、その状態のアルミニウム薄膜１０及び銅薄膜５がフィルムＢＦ上に接着／積層されて構成されている。銅薄膜５の厚さは例えば１００マイクロメートルであり、アルミニウム薄膜１０の厚さは例えば５００マイクロメートルとされている。
Finally, as the third modified form, as shown in FIG. 3 (d), the copper thin film wire TL2c of the third modified form is formed of the aluminum
（III）送電コイルＴＣ（受電コイルＲＣ）の製造方法について
次に、実施形態の送電コイルＴＣの製造方法について、図４を用いてその概要を説明する。なお、以下に説明する製造方法は、送電コイルＴＣと同様の構成を備える受電コイルＲＣの製造方法としても採用することができる。また図４は、実施形態の送電コイルの製造方法を示すフローチャートである。
(III) Manufacturing method of power transmission coil TC (power receiving coil RC)
Next, the outline of the method of manufacturing the power transmission coil TC of the embodiment will be described with reference to FIG. The manufacturing method described below can also be adopted as a manufacturing method of the power receiving coil RC having the same configuration as the power transmission coil TC. Further, FIG. 4 is a flowchart showing a method of manufacturing the power transmission coil according to the embodiment.
より具体的に、送電コイルＴＣの製造方法としては、下記（ａ）乃至（ｄ）の各工程を含む製造方法を用いることができる。 More specifically, as a method for manufacturing the power transmission coil TC, a manufacturing method including each of the following steps (a) to (d) can be used.
（ａ）アルミニウム薄膜１０の厚さと同じ厚さ（例えば５００マイクロメートル）のアルミニウム薄膜材を例えば打抜き法により打抜き、銅薄膜線ＴＬ１及び銅薄膜線ＴＬ２それぞれの芯材に相当するアルミニウム薄膜１０を製造する（ステップＳ１）。なお、このステップＳ１は、第１変形形態の銅薄膜線ＴＬ２ａ乃至第３変形形態の銅薄膜線ＴＬ２ｃそれぞれを製造する場合において同様である。
(A) An aluminum thin film material having the same thickness as the thickness of the aluminum thin film 10 (for example, 500 micrometers) is punched by, for example, a punching method to manufacture an aluminum
（ｂ）ステップＳ１で製造されたアルミニウム薄膜１０の図３（ａ）における上下の表面に、例えば電気めっき法により必要な厚さ（例えば２５マイクロメートル）の銅薄膜１及び銅薄膜２を成膜する（ステップＳ２）。なお、第１変形形態の銅薄膜線ＴＬ２ａを製造する場合における上記ステップＳ２では、アルミニウム薄膜１０の図３（ｂ）における上面にのみ、例えば厚さ１００マイクロメートルの銅薄膜３を成膜することになる。また、第２変形形態の銅薄膜線ＴＬ２ｂを製造する場合における上記ステップＳ２では、アルミニウム薄膜１０の図３（ｃ）における上下の表面に例えばそれぞれ厚さ１００マイクロメートルの銅薄膜３及び銅薄膜４をそれぞれ成膜することになる。更に、第３変形形態の銅薄膜線ＴＬ２ｃを製造する場合における上記ステップＳ２では、アルミニウム薄膜１０の周表面全体に必要な厚さの銅薄膜５を成膜することになる。
(B) A copper thin film 1 and a copper thin film 2 having a thickness (for example, 25 micrometers) required by, for example, electroplating are formed on the upper and lower surfaces of the aluminum
（ｃ）上記（ｂ）で製造された銅薄膜線ＴＬ２を、フィルムＢＦ上の対応する位置に例えば接着し、実施形態の送電コイルＴＣとする（ステップＳ３）。 (C) The copper thin film wire TL2 manufactured in the above (b) is bonded, for example, to a corresponding position on the film BF to obtain the power transmission coil TC of the embodiment (step S3).
（ｄ）上記（ｃ）で製造された送電コイルＴＣの外部接続端子Ｏ１及び外部接続端子Ｏ２と、送電部ＴＲとを接続する（ステップＳ４）。 (D) The external connection terminal O1 and the external connection terminal O2 of the power transmission coil TC manufactured in the above (c) are connected to the power transmission unit TR (step S4).
次に、図２及び図３（ａ）に示す構造を有する実施形態の銅薄膜線ＴＬ１及び銅薄膜線ＴＬ２を備える送電コイルＴＣ及び受電コイルＲＣの当該構造による効果として、銅薄膜線ＴＬ１及び銅薄膜線ＴＬ２それぞれの全体の厚さと、当該送電コイルＴＣ及び当該受電コイルＲＣを含む実施形態の電力伝送システムＳによる電力伝送におけるＱ値との関係について、図５及び以下の表１を用いて説明する。なお図５は、実施形態の送電コイルＴＣ及び受電コイルＲＣの構造による効果としての銅薄膜線の全体の厚さとＱ値との関係を示すグラフ図である。ここで図５には、図２及び図３（ａ）に示す構造（断面構造）を有する実施形態の送電コイルＴＣ及び受電コイルＲＣ、図３（ｂ）に示す構造（断面構造）を有する第１変形形態の送電コイル及び受電コイル、並びに図３（ｃ）に示す構造（断面構造）を有する第２変形形態の送電コイル及び受電コイルのそれぞれについて、銅薄膜線ＴＬ２、銅薄膜線ＴＬ２ａ及び銅薄膜線ＴＬ２ｂそれぞれの全体の厚さと、各送電コイルを用いた電力伝送における上記Ｑ値との関係を計測した実験結果（シミュレーション結果）が示されている。またこれらと対比して、図５には、従来例の構造を有する送電コイル及び送電コイルを用いた電力伝送における当該Ｑ値も示されている。 Next, as an effect of the structure of the transmission coil TC and the power receiving coil RC including the copper thin film wire TL1 and the copper thin film wire TL2 of the embodiment having the structures shown in FIGS. 2 and 3 (a), the copper thin film wire TL1 and copper The relationship between the overall thickness of each of the thin film wires TL2 and the Q value in power transmission by the power transmission system S of the embodiment including the power transmission coil TC and the power receiving coil RC will be described with reference to FIG. 5 and Table 1 below. do. FIG. 5 is a graph showing the relationship between the overall thickness of the copper thin film wire and the Q value as an effect of the structure of the power transmission coil TC and the power reception coil RC of the embodiment. Here, FIG. 5 shows the transmission coil TC and the power receiving coil RC of the embodiment having the structure (cross-sectional structure) shown in FIGS. 2 and 3 (a), and the structure (cross-sectional structure) shown in FIG. 3 (b). Copper thin film wire TL2, copper thin film wire TL2a and copper for each of the 1 modified form of the transmitting coil and the receiving coil, and the 2nd modified form of the transmitting coil and the receiving coil having the structure (cross-sectional structure) shown in FIG. 3C. The experimental result (simulation result) which measured the relationship between the total thickness of each thin film line TL2b and the said Q value in the power transmission using each transmission coil is shown. In contrast to these, FIG. 5 also shows the power transmission coil having the structure of the conventional example and the Q value in the power transmission using the power transmission coil.
このとき、図５に上記実験結果が示されている従来例の銅薄膜線は、銅薄膜のみからなる従来例の銅薄膜線とアルミニウム薄膜のみからなる従来例の銅薄膜線である。そして、当該各銅薄膜線の幅は実施形態の銅薄膜線ＴＬ２と同じ幅Ｗ２とされ、それぞれの厚さについては、以下の表１に示されている。
そして、図５及び表１に示す通り、従来例の構造を有する送電コイル及び受電コイルに対して、実施形態並びに第１変形形態及び第２変形形態の銅薄膜線ＴＬ２等の方が、送電コイル及び受電コイルとしての軽量化を図りつつ、銅薄膜線のみからなる従来例と同等のＱ値が得られていることが判る。更に、実施形態並びに第１変形形態及び第２変形形態の銅薄膜線ＴＬ２等はその表面が銅であることから、上記表皮効果及び上記近接効果を考慮した場合の導電率が低いことや入出力用のケーブルの接続性の問題も解決されている。 Then, as shown in FIGS. 5 and 1, the copper thin film wire TL2 and the like of the embodiment and the first modified form and the second modified form are the transmission coil with respect to the transmission coil and the power receiving coil having the structure of the conventional example. It can be seen that the Q value equivalent to that of the conventional example consisting of only the copper thin film wire is obtained while reducing the weight of the power receiving coil. Further, since the surface of the copper thin film wire TL2 and the like of the embodiment and the first modified form and the second modified form is copper, the conductivity is low and the input / output is low when the skin effect and the proximity effect are taken into consideration. The problem of cable connectivity for the device has also been resolved.
以上説明したように、実施形態の送電コイルＴＣ及び受電コイルＲＣの構造によれば、それぞれの巻回方向に巻回された銅薄膜線ＴＬ１及び銅薄膜線ＴＬ２が、芯材としてのアルミニウム薄膜１０と被覆材としての銅薄膜１及び銅薄膜２からなり、アルミニウム薄膜１０の密度が銅薄膜１及び銅薄膜２の密度より低く、銅薄膜１及び銅薄膜２の導電率がアルミニウム薄膜１０の導電率より高いので、銅薄膜線ＴＬ１及び銅薄膜線ＴＬ２の表面に近い部分の導電率が高い一方、銅薄膜線ＴＬ１及び銅薄膜線ＴＬ２の中心に近い芯材の密度が被覆材の密度よりも低いので、いわゆる表皮効果又は近接効果によるインピーダンスの低減に起因する伝送効率の向上及び動作温度の上昇の防止と、コイルとしての軽量化及び低コスト化と、を両立させることができる。
As described above, according to the structures of the power transmission coil TC and the power receiving coil RC of the embodiment, the copper thin film wire TL1 and the copper thin film wire TL2 wound in the respective winding directions are the aluminum
また、芯材としてのアルミニウム薄膜１０の銅薄膜線ＴＬ１及び銅薄膜線ＴＬ２の中心軸に垂直な断面が、その巻回面に平行な長辺を有する長方形であり、被覆材としての銅薄膜１等が当該長辺の少なくとも一方を巻回方向に沿って被覆しているので（図３参照）、送電コイルＴＣ及び受電コイルＲＣの軽量化及び低コスト化を促進することができる。
Further, the cross section perpendicular to the central axis of the copper thin film wire TL1 and the copper thin film wire TL2 of the aluminum
更に、実施形態の銅薄膜線ＴＬ２及び第２変形形態の銅薄膜線ＴＬ２ｂの場合は、芯材の断面における二つの長辺を被覆材が巻回方向に沿って被覆しているので、インピーダンスの低減を促進することができる。 Further, in the case of the copper thin film wire TL2 of the embodiment and the copper thin film wire TL2b of the second modified form, since the covering material covers the two long sides in the cross section of the core material along the winding direction, the impedance is increased. Reduction can be promoted.
更にまた、第３変形形態の銅薄膜線ＴＬ２ｃの場合は、被覆材としての銅薄膜５が芯材としてのアルミニウム薄膜１０の全周に渡って被覆されているので、インピーダンスの低減を更に促進することができる。
Furthermore, in the case of the copper thin film wire TL2c of the third modified form, the copper thin film 5 as a covering material is covered over the entire circumference of the aluminum
更に、被覆材としての銅薄膜１等の厚さが、実施形態の電力伝送システムＳによる電力伝送に用いられる電流の周波数（即ち８５キロヘルツ）における表皮効果が表れる表皮厚さの半分以下の厚さ（即ち、２５マイクロメートル乃至１００マイクロメートル）であるので、当該電力伝送によるインピーダンスを効果的に低減することができる。 Further, the thickness of the copper thin film 1 or the like as a covering material is less than half the thickness of the skin at which the skin effect appears at the frequency of the current used for power transmission by the power transmission system S of the embodiment (that is, 85 kilohertz). (That is, 25 micrometers to 100 micrometers), so that the impedance due to the power transmission can be effectively reduced.
更にまた、芯材がアルミニウム薄膜１０であり、被覆材が銅薄膜１等であるので、伝送効率の向上及び動作温度の上昇の防止と、送電コイルＴＣ及び受電コイルＲＣとしての軽量化及び低コスト化と、を効果的に両立させることができる。
Furthermore, since the core material is the aluminum
以上それぞれ説明したように、本発明は非接触の電力伝送の分野に利用することが可能であり、特に電気自動車に搭載された蓄電池を充電するための電力伝送の分野に適用すれば特に顕著な効果が得られる。 As described above, the present invention can be used in the field of non-contact power transmission, and is particularly remarkable when applied in the field of power transmission for charging a storage battery mounted on an electric vehicle. The effect is obtained.
１、２、３、４、５ 銅薄膜
１０ アルミニウム薄膜
Ｓ 電力伝送システム
Ｒ 受電装置
ＲＶ 受電部
ＲＣ 送電コイル
Ｔ 送電装置
ＴＲ 送電部
ＴＣ 送電コイル
ＴＬ１、ＴＬ２、ＴＬ２ａ、ＴＬ２ｂ、ＴＬ２ｃ 銅薄膜線
ＢＦ フィルム
Ｏ１、Ｏ２ 外部接続端子
1, 2, 3, 4, 5 Copper
Claims (11)
当該コイルにおける巻回方向に巻回された巻回線であって、
前記巻回方向に延在する金属製の芯材と、
前記芯材の表面の少なくとも一部を前記巻回方向に沿って被覆する金属製の被覆材と、
からなる巻回線を備え、
前記芯材の密度が前記被覆材の密度より低く、
前記被覆材の導電率が前記芯材の導電率より高いことを特徴とするコイル。 In coils used for non-contact power transmission
A winding line wound in the winding direction in the coil.
The metal core material extending in the winding direction and
A metal covering material that covers at least a part of the surface of the core material along the winding direction, and a metal covering material.
Equipped with a winding line consisting of
The density of the core material is lower than the density of the covering material,
A coil characterized in that the conductivity of the coating material is higher than the conductivity of the core material.
前記芯材の中心軸に垂直な断面の形状が、当該コイルにおける前記巻回線の巻回面に平行な長辺を有する長方形であり、
前記被覆材が、前記長辺の少なくとも一方を前記巻回方向に沿って被覆していることを特徴とするコイル。 In the coil according to claim 1,
The shape of the cross section perpendicular to the central axis of the core material is a rectangle having a long side parallel to the winding surface of the winding line in the coil.
A coil characterized in that the covering material covers at least one of the long sides along the winding direction.
前記被覆材が、二つの前記長辺を前記巻回方向に沿って被覆していることを特徴とするコイル。 In the coil according to claim 2,
A coil characterized in that the covering material covers two long sides along the winding direction.
前記被覆材が前記芯材の表面の全てを被覆していることを特徴とするコイル。 In the coil according to claim 2 or claim 3.
A coil characterized in that the covering material covers the entire surface of the core material.
前記被覆材の厚さが、前記電力伝送に用いられる電流の周波数における表皮効果が表れる表皮厚さの半分以下の厚さであることを特徴とするコイル。 In the coil according to any one of claims 1 to 4.
A coil characterized in that the thickness of the covering material is less than half the thickness of the skin on which the skin effect appears at the frequency of the current used for the power transmission.
前記芯材がアルミニウム製の芯材であり、
前記被覆材が銅製の被覆材であることを特徴とするコイル。 In the coil according to any one of claims 1 to 5.
The core material is an aluminum core material.
A coil characterized in that the coating material is a copper coating material.
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の前記コイルである送電コイルであって、前記受電装置に対向して配置される送電コイルと、
伝送すべき電力を前記送電コイルに出力する出力手段と、
を備えることを特徴とする送電装置。 In the power transmission device included in the power transmission system, which is composed of a power transmission device and a power reception device separated from the power transmission device, and transmits power from the power transmission device to the power reception device in a non-contact manner.
The power transmission coil according to any one of claims 1 to 6, wherein the power transmission coil is arranged so as to face the power receiving device.
An output means that outputs the power to be transmitted to the power transmission coil,
A power transmission device characterized by being equipped with.
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の前記コイルである受電コイルであって、前記送電装置に対向して配置される受電コイルと、
当該受電コイルに接続された入力手段と、
を備えることを特徴とする受電装置。 In the power receiving device included in the power transmission system, which is composed of a power transmitting device and a power receiving device separated from the power transmitting device, and transmits power from the power transmitting device to the power receiving device in a non-contact manner.
A power receiving coil which is the coil according to any one of claims 1 to 6 and which is arranged so as to face the power transmission device.
The input means connected to the power receiving coil and
A power receiving device characterized by being provided with.
当該送電装置から離隔し、且つ前記送電コイルに対向して配置される受電装置であって、前記送電装置から送信された電力を受電する受電装置と、
を備えることを特徴とする非接触型の電力伝送システム。 The power transmission device according to claim 7 and
A power receiving device that is separated from the power transmission device and is arranged so as to face the power transmission coil and that receives power transmitted from the power transmission device.
A non-contact power transmission system characterized by being equipped with.
請求項８に記載の受電装置であって、前記送電装置から離隔し且つ前記受電コイルが当該送電装置に対向して配置され、前記送電装置から送信された電力を受電する受電装置と、
を備えることを特徴とする非接触型の電力伝送システム。 Power transmission equipment and
2.
A non-contact power transmission system characterized by being equipped with.
前記芯材となる金属板を打ち抜くことにより前記芯材を製造する芯材製造工程と、
前記製造された芯材における被覆されるべき部分に、電気めっき法により前記被覆材を形成する被覆材形成工程と、
を含むことを特徴とするコイルの製造方法。 The coil manufacturing method according to any one of claims 1 to 6.
The core material manufacturing process for manufacturing the core material by punching out the metal plate to be the core material,
A coating material forming step of forming the coating material on the portion to be coated in the manufactured core material by an electroplating method, and
A method for manufacturing a coil, which comprises.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020182344A JP7547935B2 (en) | 2020-10-30 | 2020-10-30 | Coil and manufacturing method thereof, power transmission device, power receiving device, and power transmission system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020182344A JP7547935B2 (en) | 2020-10-30 | 2020-10-30 | Coil and manufacturing method thereof, power transmission device, power receiving device, and power transmission system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2022072736A true JP2022072736A (en) | 2022-05-17 |
| JP7547935B2 JP7547935B2 (en) | 2024-09-10 |
Family
ID=81604598
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2020182344A Active JP7547935B2 (en) | 2020-10-30 | 2020-10-30 | Coil and manufacturing method thereof, power transmission device, power receiving device, and power transmission system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7547935B2 (en) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4429611B2 (en) | 2003-02-04 | 2010-03-10 | 古河電気工業株式会社 | Copper alloy composite foil, manufacturing method thereof, and high-frequency transmission circuit using the copper alloy composite foil |
| JP2013012637A (en) | 2011-06-30 | 2013-01-17 | Yazaki Corp | Power supply system |
| JP2014199902A (en) | 2013-03-15 | 2014-10-23 | 株式会社東芝 | Line, spiral inductor, meander inductor, and solenoid coil |
-
2020
- 2020-10-30 JP JP2020182344A patent/JP7547935B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP7547935B2 (en) | 2024-09-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108321914B (en) | Coil, wireless charging receiving device, transmitting device and system | |
| JP6262750B2 (en) | System and method for inductance compensation in wireless power transfer | |
| JP2011142177A (en) | Contactless power transmission device, and coil unit for contactless power transmission device | |
| EP3924987A1 (en) | Wireless power transfer based on magnetic induction | |
| KR101474149B1 (en) | Shield part, method of fabricating the same, and contactless power transmission device having the shield part | |
| WO2014069445A1 (en) | Power transmission system | |
| JP2020178034A (en) | Non-contact power supply transmission coil unit, manufacturing method thereof, and non-contact power supply device | |
| JP2017212880A (en) | Wireless power transmission apparatus | |
| US20230307951A1 (en) | Coil, power transmission device, power reception device, and power transmission system | |
| JP2021027112A (en) | Contactless power supply coil | |
| JP2013214613A (en) | Coil unit and power transmission device having coil unit | |
| JP7547935B2 (en) | Coil and manufacturing method thereof, power transmission device, power receiving device, and power transmission system | |
| CN209729695U (en) | A kind of high-power wireless charge coil structure | |
| JP7082785B2 (en) | Transmission coil parts for non-contact power supply, their manufacturing method, and non-contact power supply equipment | |
| JP2022072731A (en) | Coil device, power transmission device and power receiving device, and power transmission system | |
| JP2022022950A (en) | Coil, power transmission device and power receiving device, and power transmission system | |
| WO2022004674A1 (en) | Coil, power-sending device, power-receiving device, and power transmission system | |
| JP7148842B2 (en) | Coil pair, power transmitting device, power receiving device, and power transmission system | |
| JP7574562B2 (en) | Coil manufacturing method | |
| JP2022071537A (en) | Coil, power transmission device and power receiving device, and power transmission system | |
| JP2022012461A (en) | Coil, power transmission device and power receiving device, and power transmission system | |
| JP2014093797A (en) | Power transmission system | |
| JP6365110B2 (en) | Coil unit | |
| JP2022085516A (en) | Foreign matter detection coil, power transmission device and power receiving device, and power transmission system | |
| JP2019080020A (en) | coil |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230829 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20240123 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240305 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20240425 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20240730 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20240812 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7547935 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |