JP2023016405A - coil - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、コイルに関する。 The present invention relates to coils.
ワイヤレス電力伝送において、コイルのインダクタンスLと共振させるためにコンデンサのキャパシタンスCが必要になる。この共振を実現させると、高効率かつ大電力が実現できる事が知られている。一方で、コンデンサを用いるとコストがかかる。そこで、オープン型の浮遊容量を利用した自己共振のコイル、通称、コンデンサレスコイルの活用が考えられる(非特許文献1等参照)。
In wireless power transmission, the capacitance C of the capacitor is required to resonate with the inductance L of the coil. It is known that if this resonance is realized, high efficiency and large power can be realized. On the other hand, using a capacitor is costly. Therefore, it is conceivable to use a self-resonant coil using an open-type stray capacitance, commonly called a capacitorless coil (see Non-Patent
2層のオープン型コイルは、国際標準化された85kHzで共振させるためには、浮遊容量(キャパシタンス)とインダクタンスを確保するためコイルサイズが大きくなる。2層のオープン型コイルでは、電気自動車に対する停車中ワイヤレス給電が規定された国際規格(SAE-J2954)のコイルサイズの制約下において、電気自動車に対するワイヤレス給電で定められた周波数である85kHzで共振させることができない。すなわち、2層のオープン型コイルで、85kHzで共振させるためにはコイルサイズが大きくなり、国際規格のコイルサイズより大きくなる。 In order to resonate at the internationally standardized 85 kHz, the two-layer open-type coil has a large coil size in order to secure stray capacitance and inductance. The two-layer open-type coil resonates at 85 kHz, which is the frequency specified for wireless power supply to electric vehicles, under the restrictions of the coil size of the international standard (SAE-J2954) that stipulates wireless power supply to electric vehicles while stopped. I can't. That is, in order to resonate at 85 kHz with a two-layer open-type coil, the coil size becomes larger than the international standard coil size.
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、電気自動車に対するワイヤレス給電の国際規格で定められたコイルサイズで、規格で定められた周波数で共振させるコイルを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and it is an object of the present invention to provide a coil that resonates at a frequency specified by the standard with a coil size specified by the international standard for wireless power supply for electric vehicles. .
本発明の第1態様に係るコイルは、ワイヤレス給電用の送電または受電のためのコイルであって、両端に外部接続端子が設けられ、前記外部接続端子はコンデンサと接続されておらず、前記外部接続端子の間に導体が所定回数巻回された巻回部が少なくとも3つ設けられ、複数の前記巻回部の内の一ヶ所がオープンであり、該オープンの箇所において前記導体が分離できるよう形成され、送電または受電の際に、蓄電した電力を動力として駆動する移動体へワイヤレスで給電する際に用いられる周波数帯で共振させる。 A coil according to a first aspect of the present invention is a coil for transmitting or receiving power for wireless power supply, wherein external connection terminals are provided at both ends, the external connection terminals are not connected to a capacitor, and the external At least three winding portions in which the conductor is wound a predetermined number of times are provided between the connection terminals, one of the plurality of winding portions is open, and the conductor can be separated at the open portion. When power is transmitted or received, it resonates in the frequency band used for wirelessly supplying power to a moving object driven by the stored power.
本発明の第2態様に係るコイルは、ワイヤレス給電用の送電または受電のためのコイルであって、両端に外部接続端子が設けられ、前記外部接続端子はコンデンサと接続されておらず、前記外部接続端子の間に導体が所定回数巻回された巻回部が少なくとも2つ設けられ、複数の前記巻回部の内の一ヶ所がオープンであり、送電または受電の際に、蓄電した電力を動力として駆動する移動体へワイヤレスで給電する際に用いられる周波数帯で共振させ、少なくとも2つの前記巻回部は、一方の前記導体と他方の前記導体とが互いに逆方向に巻回されて同一の層で形成されている。 A coil according to a second aspect of the present invention is a coil for transmitting or receiving power for wireless power supply, wherein external connection terminals are provided at both ends, the external connection terminals are not connected to a capacitor, and the external At least two winding portions in which a conductor is wound a predetermined number of times are provided between connection terminals, one of the plurality of winding portions is open, and stored power is released when power is transmitted or received. Resonate in a frequency band used when wirelessly supplying power to a moving object driven as a power source, and at least two of the winding portions are formed by winding one of the conductors and the other of the conductors in opposite directions to form the same winding portion. is made up of layers of
本発明の第3態様に係るコイルは、第1態様又は第2態様に係るコイルであって、前記移動体へのワイヤレス給電において定められるサイズ以下の大きさである。 A coil according to a third aspect of the present invention is the coil according to the first aspect or the second aspect, and has a size equal to or smaller than the size determined for wireless power feeding to the moving object.
本発明の第4態様に係るコイルは、第1態様~第3態様のいずれかに係るコイルであって、前記周波数帯は、停車中の前記移動体へワイヤレスで給電する際に用いられる周波数帯である。 A coil according to a fourth aspect of the present invention is the coil according to any one of the first to third aspects, wherein the frequency band is a frequency band used when wirelessly supplying power to the moving object that is stopped. is.
本発明の第5態様に係るコイルは、第4態様に係るコイルであって、前記周波数帯は、85kHz帯である。 A coil according to a fifth aspect of the present invention is the coil according to the fourth aspect, wherein the frequency band is an 85 kHz band.
本発明の第6態様に係るコイルは、第1態様~第5態様のいずれかに係るコイルであって、各前記巻回部は、所定の間隔を持って積層されている。 A coil according to a sixth aspect of the present invention is the coil according to any one of the first to fifth aspects, wherein the winding portions are laminated at predetermined intervals.
本発明の第7態様に係るコイルは、第1態様~第6態様のいずれかに係るコイルであって、前記移動体は、電気自動車である。 A coil according to a seventh aspect of the present invention is the coil according to any one of the first to sixth aspects, wherein the moving object is an electric vehicle.
本発明の第8態様に係るコイルは、第1態様~第7態様のいずれかに係るコイルであって、角型のコイルである。 A coil according to an eighth aspect of the present invention is the coil according to any one of the first to seventh aspects, and is a rectangular coil.
本発明によれば、導体が所定回数巻回された巻回部が少なくとも3つ設けられ、複数の巻回部の内の一ヶ所がオープンであることで、電気自動車に対するワイヤレス給電の国際規格で定められたコイルサイズで、規格で定められた周波数で共振させるコイルを提供することができる。 According to the present invention, at least three winding portions each having a conductor wound a predetermined number of times are provided. A coil that resonates at a standardized frequency can be provided with a specified coil size.
以下、本開示の実施形態の一例を、図面を参照しつつ説明する。なお、各図面において同一または等価な構成要素および部分には同一の参照符号を付与している。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。 An example of an embodiment of the present disclosure will be described below with reference to the drawings. In each drawing, the same or equivalent components and portions are given the same reference numerals. Also, the dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation, and may differ from the actual ratios.
まず、オープン型コイルの概要を説明する。 First, an outline of the open coil will be described.
図1は、オープン型コイルの一例を示す図である。図1に示したコイル10は、2つの導線12、22で構成されており、その2つの導線12、22が接続されていない(オープン型の)構造を有している。また、導線12、22にそれぞれ外部から電流を供給するための外部接続端子11、21には、コンデンサが接続されない。オープン型コイルは、自身の持つ浮遊容量により、コンデンサが接続されなくても自己共振が可能なコイルである。すなわち、図1に示したコイル10に電流が流れると、コイル10は磁界を発生させる。
FIG. 1 is a diagram showing an example of an open coil. The coil 10 shown in FIG. 1 is composed of two
導線12は、外部接続端子11を起点として右巻きに巻回されている。一方、導線22は、外部接続端子21を起点として左巻きに巻回されている。このように、オープン型のコイルでは巻回の方向がそれぞれの導線で逆になっている。以下の説明では、巻回された導線を1つの巻回部と定義する。図1に示したコイルは、巻回部が2つ存在することになる。
The conducting
図1に示したコイル10の導線12、22は、それぞれ単層で巻回されている。図1に示した導線12、22の巻回の形態は模式的に示したものであり、巻回の形態及び回数は共振させたい周波数等により変更可能である。
Each of the
普及が進んでいる電気自動車のバッテリに蓄えられた電力の枯渇を防ぐために、電気自動車のバッテリを充電させるワイヤレス給電技術の開発が進められている。電気自動車へのワイヤレス給電のためには、ワイヤレス給電に用いられるコイルの小型化が求められる。 In order to prevent depletion of power stored in the batteries of electric vehicles, which are becoming popular, wireless power supply technology for charging the batteries of electric vehicles is being developed. For wireless power supply to electric vehicles, miniaturization of coils used for wireless power supply is required.
しかし、図1に示したように、単層で巻回された導線12、22による、2つの巻回部からなるオープン型のコイル10において、電気自動車に対するワイヤレス給電で定められた周波数である85kHzで共振させるためには、サイズを大きくする必要がある。しかし、電気自動車に対する停車中ワイヤレス給電に関する国際規格(SAE-J2954)では、コイルのサイズについて制約が設けられている。具体的に、SAE-J2954では、一例として、停車中ワイヤレス給電を行うコイルのサイズに650mm×500mm以下という制約が設けられている。
However, as shown in FIG. 1, in the open-type coil 10 consisting of two windings of single-
そこで、以下で説明する本発明の実施形態では、特に数十キロヘルツ帯で共振させるために、かつ、コイルサイズを所定のサイズ以下とするために、巻回された導線を1つの巻回部とした場合に、巻回部を3つ以上としたコイルを示す。 Therefore, in the embodiments of the present invention described below, in order to resonate particularly in the several tens of kilohertz band and to reduce the coil size to a predetermined size or less, the wound conductor wire is used as one winding portion. shows a coil with three or more windings.
図2A、2Bは、本発明の実施形態に係るコイルを示す図である。図2A、2Bに示したコイル100は、蓄電した電力を動力として駆動する移動体、特に電気自動車への給電に用いられるコイルである。
2A and 2B are diagrams showing coils according to embodiments of the present invention. A
図2A、2Bに示したコイル100は、2つの導線110、120で構成されており、その2つの導線110、120が接続されていない(オープン型の)構造を有している。また、導線110、120にそれぞれ外部から電流を供給するための外部接続端子111、121には、コンデンサが接続されない。すなわち、コイル100はオープン型のコンデンサレスコイルである。また、コイル100は、2つの導線110、120が、オープンになっている箇所で分離できるように形成されている。
The
導線110は、2つの巻回部112A、112Bを有する。すなわち、導線110は2層構造を有している。また、導線120は、2つの巻回部122A、122Bを有する。すなわち、導線120は2層構造を有している。従って、コイル100は、全体として4層構造を有している。
なお、図2Bにおいて、導線110、120にそれぞれ黒点で示した場所は、実際には繋がっている。
In addition, in FIG. 2B, the locations indicated by black dots on the
導線110は、外部接続端子111を起点として右巻きに巻回されている。具体的に、導線110は、巻回部112Aでは、外部接続端子111を起点として、外側から内側に向かって右巻きに巻回され、巻回部112Bでは、内側から外側に向かって右巻きに巻回されている。一方、導線120は、外部接続端子121を起点として左巻きに巻回されている。具体的に、導線120は、巻回部122Aでは、外部接続端子121を起点として、外側から内側に向かって左巻きに巻回され、巻回部122Bでは、内側から外側に向かって左巻きに巻回されている。このように、オープン型のコイルでは巻回の方向がそれぞれの導線で逆になっている。
The
本実施形態に係るコイル100は、図2A、2Bに示した構成を有することで、所定の周波数帯、特に、電気自動車に対するワイヤレス給電で定められた周波数である85kHz帯の周波数で共振させることが可能となる。さらに、本実施形態に係るコイル100は、図2A、2Bに示した構成を有することで、所定のサイズ、特に、停車中ワイヤレス給電を行うコイルのサイズとして規定されていたサイズ以下で作製することができる。
By having the configuration shown in FIGS. 2A and 2B, the
図2A、2Bでは、導線110、120は均等に巻かれているが、本発明は係る例に限定されない。導線110、120で巻回の回数を変化させてもよい。また、図2A、2Bでは、導線110、120は、それぞれ2つの巻回部を有しているが、本発明は係る例に限定されない。例えば、2本の導線の巻回部の数は異なっていてもよい。具体的に、導線110の巻回部の数を1つ、導線120の巻回部の数を2つとしてもよい。
Although the
また、図2A、2Bでは、導線110、120は角型に巻かれているが、本発明は係る例に限定されない。導線110、120は、他の形状、例えば円型に巻かれてもよい。
Moreover, in FIGS. 2A and 2B, the
また、導線110、120の巻回部は、導線110、120が互いに逆方向に巻回されることで、同一の層となるように形成されていてもよい。図3は、本発明の実施形態にかかるコイルの変形例である。図3に示したのは、導線110、120が互いに逆方向に巻回されることで、同一の層となるように作製されている様子を示したコイル100の平面図である。導線110、120が互いに逆方向に巻回される際には、一部で導線110、120を交差させる必要がある。例えば、交差部130A、130Bにおいて導線110、120を交差させることで、導線110、120を互いに逆方向に巻回させて同一の層となるようにコイル100を作製できる。
Moreover, the wound portions of the
図4は、本発明の実施形態にかかるコイルの変形例である。図4に示したのは、導線210、220A、220B、230が互いに逆方向に巻回されることで、同一の層となるように作製されている様子を示したコイル200の斜視図及び平面図である。なお、導線210と導線220Bとは黒点で接続されており、導線220Aと導線230とは黒点で接続されている。導線210、220A、220B、230が互いに逆方向に巻回される際には、一部で導線210、220A、220B、230を交差させる必要がある。図4の右側に示したように導線を交差させることで、導線210、220A、220B、230を互いに逆方向に巻回させて同一の層となるようにコイル200を作製できる。
FIG. 4 is a modification of the coil according to the embodiment of the invention. FIG. 4 shows a perspective view and a plan view of a
図5は、本発明の実施形態にかかるコイルの変形例である。図5に示したのは、導線310、320、330、340が互いに逆方向に巻回されることで、同一の層となるように作製されている様子を示したコイル300の斜視図及び平面図である。なお、導線310と導線320とは黒点で接続されており、導線330と導線340とは黒点で接続されている。導線310、320、330、340が互いに逆方向に巻回される際には、一部で導線310、320、330、340を交差させる必要がある。図5の右側に示したように導線を交差させることで、導線310、320、330、340を互いに逆方向に巻回させて同一の層となるようにコイル300を作製できる。
FIG. 5 is a modification of the coil according to the embodiment of the invention. FIG. 5 shows a perspective view and plan view of a
図6は、本発明の実施形態にかかるコイルの変形例である。図6に示したのは、同一の層となるように作製されたコイル400A、400Bを積層したコイルの斜視図及び平面図である。コイル400A、400Bは、いずれも図3に示したように2本の導線が互いに逆方向に巻回されることで、同一の層となるように作製されたものである。
FIG. 6 is a modification of the coil according to the embodiment of the invention. FIG. 6 shows a perspective view and a plan view of a coil in which coils 400A and 400B manufactured to form the same layer are laminated. Both of the
本実施形態に係るコイル100及び変形例に係るコイル200、300、400A、400Bは、電気自動車に対するワイヤレス給電で定められた周波数である85kHz帯の周波数で共振させることができ、かつ、電気自動車に対するワイヤレス給電の国際規格で規定されたサイズ以下に作製できるため、電気自動車のワイヤレス給電システムに好適に利用できる。コイル100、200、300、400を電気自動車のワイヤレス給電システムに適用する場合、コイル100、200、300、400は、電気自動車の底部に設けられるとともに、電気自動車が停車する場所に埋設される。
The
100 コイル
110、120 導線
111、121 外部接続端子
112A、112B、122A、122B 巻回部
100 coils 110, 120 conducting
Claims (8)
両端に外部接続端子が設けられ、
前記外部接続端子はコンデンサと接続されておらず、
前記外部接続端子の間に導体が所定回数巻回された巻回部が少なくとも3つ設けられ、
複数の前記巻回部の内の一ヶ所がオープンであり、該オープンの箇所において前記導体が分離できるよう形成され、
送電または受電の際に、蓄電した電力を動力として駆動する移動体へワイヤレスで給電する際に用いられる周波数帯で共振させる、コイル。 A coil for transmitting or receiving power for wireless power supply,
External connection terminals are provided at both ends,
the external connection terminal is not connected to the capacitor,
At least three winding portions each having a conductor wound a predetermined number of times are provided between the external connection terminals,
One of the plurality of winding portions is open, and the conductor is formed to be separated at the open location,
A coil that resonates in the frequency band used when wirelessly supplying power to a moving object powered by stored power when transmitting or receiving power.
両端に外部接続端子が設けられ、
前記外部接続端子はコンデンサと接続されておらず、
前記外部接続端子の間に導体が所定回数巻回された巻回部が少なくとも2つ設けられ、
複数の前記巻回部の内の一ヶ所がオープンであり、
送電または受電の際に、蓄電した電力を動力として駆動する移動体へワイヤレスで給電する際に用いられる周波数帯で共振させ、
少なくとも2つの前記巻回部は、一方の前記導体と他方の前記導体とが互いに逆方向に巻回されて同一の層で形成されている、コイル。 A coil for transmitting or receiving power for wireless power supply,
External connection terminals are provided at both ends,
the external connection terminal is not connected to the capacitor,
At least two winding portions each having a conductor wound a predetermined number of times are provided between the external connection terminals,
one of the plurality of winding portions is open,
When transmitting or receiving power, resonate in the frequency band used when wirelessly supplying power to a moving object that uses the stored power as a power source,
The coil, wherein the at least two winding portions are formed of the same layer by winding one of the conductors and the other of the conductors in opposite directions.
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