JP5562804B2 - Non-contact power feeding device with variable inductance - Google Patents
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Description
本発明は、非接触給電装置に関する。すなわち、地上側,1次側から車輌側,2次側に、エアギャップを存し非接触で電力を供給する、インダクタンス可変の非接触給電装置に関するものである。 The present invention relates to a non-contact power feeding device. That is, the present invention relates to a variable inductance non-contact power feeding device that supplies power in a non-contact manner with an air gap from the ground side and primary side to the vehicle side and secondary side.
《技術的背景》
ケーブル等の機械的接触なしで、例えば電気自動車等の車輌に、外部から電力を供給する非接触給電装置が、需要に基づき開発,実用化されている。
この非接触給電装置では、電磁誘導の相互誘導作用に基づき、地上側に定置された1次側回路の1次コイルから、車輌,その他の移動体側に搭載された2次側回路の2次コイルに、数10mm〜数100mm程度のエアギャップを存し非接触で対応位置しつつ、電力を供給する(後述する図4等も参照)
《Technical background》
A non-contact power supply device that supplies electric power from the outside to a vehicle such as an electric vehicle without mechanical contact such as a cable has been developed and put into practical use based on demand.
In this non-contact power feeding device, the secondary coil of the secondary circuit mounted on the vehicle or other moving body side from the primary coil of the primary circuit placed on the ground side based on the mutual induction action of electromagnetic induction. In addition, there is an air gap of about several tens to several hundreds of millimeters, and power is supplied while correspondingly positioned in a non-contact manner (see also FIG. 4 and the like described later)
《従来技術》
そして、この種の非接触給電装置は、従来より各種の条件を勘案しつつ、次のように設計,製作されている。
すなわち、必要とされる供給電力量を前提条件としつつ、エアギャップの間隔寸法、2次側回路の全電気抵抗や、給電交流の周波数、1次コイルと2次コイルの巻数比、磁心コアの面積(形成磁束の磁気面積)、等々の各種条件について、相互調整,設定することにより、1次コイルや2次コイルについて、最良のコイル性能そしてインダクタンスの最適値が得られるように、設計,製作されている。
もって、電磁結合される1次側回路と2次側回路について、高い結合係数が得られ、励磁無効電力が小さく、2次側の実効有効電力が大きく取り出せるようになる等、給電効率の向上が図られている。
<Conventional technology>
And this kind of non-contact electric power feeder is designed and manufactured as follows, considering various conditions conventionally.
That is, while assuming the required amount of power to be supplied, the distance between the air gap, the total electrical resistance of the secondary circuit, the frequency of the feeding AC, the turn ratio of the primary coil and the secondary coil, the core core Various conditions such as area (magnetic area of the formed magnetic flux), etc. are designed and manufactured so that the best coil performance and optimum inductance value can be obtained for the primary and secondary coils by mutual adjustment and setting. Has been.
Therefore, a high coupling coefficient is obtained for the primary side circuit and the secondary side circuit that are electromagnetically coupled, the excitation reactive power is small, and the effective active power on the secondary side can be extracted greatly. It is illustrated.
このような非接触給電装置としては、例えば、次の特許文献1,特許文献2に示されたものが挙げられる。
《問題点》
ところで、このような従来の非接触給電装置については、次の課題が指摘されていた。
給電に際しては、地上側に定置された1次コイルに対し、移動体側に搭載された2次コイルが、所定のエアギャップの基で正確に対応位置していることが、前提となる。しかしながら実際の運用上は、エアギャップ変動や位置ずれが、不可避的に多発していた。
すなわち、1次コイルに対し2次コイルが、所定のエアギャップより、小さいエアギャップで位置したり(過接近)、大きいエアギャップで位置したり(過離反)、前後方向に位置ずれしたり(前後ずれ)、左右方向に位置ずれしたりする(横ずれ)ことが、多々あった。これらは、給電時の例えば車輌の重量変動や運転操作に起因して、多々発生する。
そして、このようなエアギャップ変動や位置ずれが発生すると、給電効率が変化し,低下する、という問題が指摘されていた。
すなわち、前述したようにエアギャップは、最良のコイル性能そしてインダクタンスの最適値を得るための重要なファクターである。エアギャップ変動や位置ずれが発生すると、インダクタンスが最適値から大小変化して、2次側の実効有効電力が低下し、給電効率が低下する事態発生が懸念されていた。
"problem"
By the way, the following subject was pointed out about such a conventional non-contact electric power feeder.
The power supply is premised on that the secondary coil mounted on the moving body side is accurately positioned based on a predetermined air gap with respect to the primary coil placed on the ground side. However, in actual operation, air gap fluctuations and position shifts inevitably occur frequently.
That is, the secondary coil is positioned with an air gap smaller than a predetermined air gap (over approaching), is positioned with a large air gap (excessive separation), or is displaced in the front-rear direction ( There were many cases where the position was shifted in the left-right direction (lateral shift). These often occur due to, for example, vehicle weight fluctuations and driving operations during power feeding.
And when such an air gap fluctuation | variation and position shift generate | occur | produced, the problem that electric power feeding efficiency changed and fell was pointed out.
That is, as described above, the air gap is an important factor for obtaining the best coil performance and the optimum value of inductance. When air gap fluctuations or misalignments occur, there is a concern that the inductance changes from the optimum value, the effective active power on the secondary side decreases, and power supply efficiency decreases.
《本発明について》
本発明のインダクタンス可変の非接触給電装置は、このような実情に鑑み、上記従来技術の課題を解決すべくなされたものである。
そして本発明は、第1に、エアギャップ変動や位置ずれにより変化するインダクタンスが、最適値を維持するように変更調整,補正され、もって給電効率低下が回避され、第2に、しかもこれが、磁心コアについて、中央1枚と両側2枚の3枚1組構造とし、もってその全体トータル表面積を広狭変更可能としたことにより、簡単容易に実現される、インダクタンス可変の非接触給電装置を提案することを、目的とする。
<< About the present invention >>
In view of such a situation, the inductance-variable non-contact power feeding device of the present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art.
In the first aspect of the present invention, the inductance that changes due to the air gap fluctuation and the positional deviation is changed and adjusted and corrected so as to maintain the optimum value, thereby avoiding a decrease in power supply efficiency, and secondly, this is a magnetic core. Proposing a non-contact power feeding device with variable inductance that can be easily and easily realized by making the core one core and two on each side into a set of three, making it possible to change the overall total surface area. With the goal.
《各請求項について》
このような課題を解決する本発明の技術的手段は、特許請求の範囲に記載したように、次のとおりである。
このインダクタンス可変の非接触給電装置は、電磁誘導の相互誘導作用に基づき、1次側回路の1次コイルから2次側回路の2次コイルに、エアギャップを存し非接触で対応位置しつつ、電力を供給する。
そして、該1次コイルや2次コイルに付設された磁心コアは、フェライトコア,その他の強磁性体よりなり、平板状をなし、中央1枚と両側2枚の3枚1組構造よりなる。
中央磁心コアは、その中央部に、該1次コイルや2次コイルが螺状巻回され、両端部に、それぞれ両側磁心コアの側部が重ねられて摺接されている。
該両側磁心コアは、エアギャップ変動の大小や位置ずれの大小に対応して、該中央磁心コアの中央部に螺状巻回された該1次コイルや2次コイルを、中央に介在させつつ、相互間が両側に離反又は接近すべく直線的にスライド移動可能となっている。
<About each claim>
The technical means of the present invention for solving such a problem is as follows, as described in the claims.
This non-contact power feeding device with variable inductance is based on the mutual induction action of electromagnetic induction, and there is an air gap between the primary coil of the primary side circuit and the secondary coil of the secondary side circuit, and is positioned in a non-contact manner. Supply power.
The magnetic core attached to the primary coil and the secondary coil is made of a ferrite core and other ferromagnetic materials, has a flat plate shape, and has a one-piece structure of one sheet and two sheets on both sides.
The central magnetic core has the primary coil and the secondary coil spirally wound at the central portion thereof, and the side portions of both side magnetic cores are overlapped and slidably contacted at both ends.
The two-sided magnetic cores have the primary coil and the secondary coil wound around the central part of the central magnetic core corresponding to the size of the air gap fluctuation and the size of the positional deviation while interposing them in the center. , And can be slid linearly so as to separate or approach each other on both sides.
もって、一部が重なり合う該中央磁心コアと両側磁心コアの組合わせにより形成される該磁心コアの全体トータル表面積が、広狭変更可能、そして該1次コイルや2次コイルのインダクタンスが、大小変更可能となっている。
すなわち、具体的には次のとおり。
まず、該1次コイルと2次コイル間のエアギャップが、接近により設定より小さくなった場合は、次のようになる。インダクタンスが最適値より大となるが、該磁心コアの全体トータル表面積が狭くなるように、該両側磁心コアをスライド移動させることにより、インダクタンスが小となり、インダクタンスの最適値が維持される。
これに対し、該1次コイルと2次コイル間のエアギャップが、離反により設定より大きくなった場合や、位置ずれの場合は、次のようになる。インダクタンスが最適値より小となるが、該磁心コアの全体トータル表面積が広くなるように、該両側磁心コアをスライド移動させることにより、インダクタンスが大となり、インダクタンスの最適値が維持されること、を特徴とする。
Therefore, the total total surface area of the core core formed by the combination of the central core core and the double-sided core cores, which are partially overlapped, can be varied widely, and the inductance of the primary coil and secondary coil can be varied. It has become.
Specifically, it is as follows.
First, when the air gap between the primary coil and the secondary coil becomes smaller than the setting due to the approach, the following occurs. Although the inductance is larger than the optimum value, the inductance is reduced and the optimum value of the inductance is maintained by sliding the both-side magnetic core so that the total total surface area of the magnetic core is reduced.
On the other hand, when the air gap between the primary coil and the secondary coil becomes larger than the setting due to separation or when the position is shifted, the following occurs. Although the inductance is smaller than the optimum value, the inductance is increased and the optimum value of the inductance is maintained by sliding the magnetic cores on both sides so that the total total surface area of the magnetic core is increased. Features.
《作用等について》
本発明は、このような手段よりなるので、次のようになる。
(1)非接触給電装置では、定置された1次コイルに対し、車輌等に搭載された2次コイルが、所定エアギャップのもとで対応位置して、給電が実施されるようになっている。
(2)しかしながら実際の運用では、エアギャップ変動や位置ずれが、発生し易い。すなわち、1次コイルと2次コイル間において、所定のエアギャップの間隔寸法より接近したり離反したりすることが、多々ある。又、前後や左右に対応位置から位置ずれすることも、多々ある。
(3)そこで、エアギャップ変動や位置ずれが発生した場合、磁心コアの全体トータル表面積が、対応して変更可能となっている。
(4)すなわち、一部が重なり合う中央磁心コアと両側磁心コアとの組合わせにより形成され磁心コアについて、両側磁心コアが、相互間で離反又は接近すべく直線的にスライド移動することにより、磁心コアの全体トータル表面積が、対応して広狭変更される。
(5)そこで、エアギャップ変動や位置ずれに基づき過大や過少に大小変化した、1次コイルや2次コイルのインダクタンスは、このような磁心コアの全体トータル表面積変更により、更に変更調整,補正される。このようにして、インダクタンスが最適値に維持される。
(6)そして、このように作用する非接触給電装置は、磁心コアについて、中央1枚と両側2枚の3枚1組構造とすると共に、その両側磁心コアを、中央磁心コアに対し直線的にスライド移動可能に摺接した、簡単な構造よりなる。
(7)又、磁心コアは、平板状の中央磁心コアに、平板状の両側磁心コアを重ねて摺設してなるので、全体肉厚を薄く形成可能である。
(8)更に磁心コアは、中央磁心コアにコイルが巻回されているので、形成される磁束密度が密でありインダクタンス増加が可能となり、コイル使用量を削減可能となる。
(9)さてそこで、本発明のインダクタンス可変の非接触給電装置は、次の効果を発揮する。
<About the action>
Since the present invention comprises such means, the following is achieved.
(1) In the non-contact power feeding device, the secondary coil mounted on the vehicle or the like is positioned corresponding to the fixed primary coil under a predetermined air gap, and power feeding is performed. Yes.
(2) However, in actual operation, air gap fluctuations and misalignments are likely to occur. That is, the primary coil and the secondary coil often come closer to or away from the predetermined air gap distance. Further, there are many cases where the position is shifted from the corresponding position in the front-rear and left-right directions.
(3) Therefore, when an air gap variation or misalignment occurs, the total total surface area of the magnetic core can be changed correspondingly.
(4) That is, with respect to the magnetic core formed by the combination of the central magnetic core and the double-sided core that are partially overlapped, the two-core cores are linearly slid to move away from or approach each other. The total total surface area of the core is correspondingly varied.
(5) Therefore, the inductances of the primary coil and the secondary coil that have changed excessively or excessively based on the air gap fluctuation or positional deviation are further changed and adjusted and corrected by changing the total surface area of the magnetic core. The In this way, the inductance is maintained at an optimum value.
(6) In the non-contact power feeding device acting as described above, the magnetic core has a three-piece structure of one center and two on both sides, and the both side cores are linear with respect to the center core. It has a simple structure that is slidably contacted with each other.
(7) Since the magnetic core is formed by sliding the flat core cores on the flat central core, the overall thickness can be reduced.
(8) Furthermore, since the coil is wound around the central core, the magnetic core is formed with a dense magnetic flux density, allowing an increase in inductance and reducing the amount of coil used.
(9) Then, the non-contact power feeding device with variable inductance according to the present invention exhibits the following effects.
《第1の効果》
第1に、エアギャップ変動や位置ずれにより変化するインダクタンスが、最適値を維持するようになるので、給電効率の低下が回避される。
すなわち、本発明のインダクタンス可変の非接触給電装置では、エアギャップ変動や位置ずれが生じると、対応して両側磁心コアが、中央磁心コアに対し直線的にスライド移動可能となっている。
もって、磁心コアの全体トータル表面積を変更することにより、エアギャップ変動や位置ずれにより過大や過少に大小変化したインダクタンスが、変更調整,補正せしめられて、最適値を維持する。
そこで、前述したこの種従来例のように、エアギャップ変動や位置ずれにより、給電効率が低下する事態は回避される。すなわち、コイル性能は最良状態に保持され、電磁結合される1次側回路と2次側回路は、高い結合係数が維持され、励磁無効電力が小さく、2次側にて実効有効電力が大きく取り出せる等、優れた給電効率が維持される。
<< First effect >>
First, since the inductance that changes due to the air gap fluctuation and the positional deviation is maintained at the optimum value, a decrease in power supply efficiency is avoided.
That is, in the non-contact power feeding device with variable inductance according to the present invention, when the air gap fluctuates or the position shift occurs, the both-side magnetic cores can linearly slide relative to the central magnetic core.
Therefore, by changing the total total surface area of the magnetic core, the inductance that has changed excessively or too little due to air gap fluctuations or misalignment is changed, adjusted, and corrected to maintain the optimum value.
Therefore, a situation in which the power supply efficiency is reduced due to the air gap fluctuation or the position shift as in the above-described conventional example is avoided. That is, the coil performance is maintained in the best state, and the primary side circuit and the secondary side circuit that are electromagnetically coupled maintain a high coupling coefficient, the excitation reactive power is small, and the effective active power can be extracted largely on the secondary side. Thus, excellent power supply efficiency is maintained.
《第2の効果》
第2に、しかもこれは、磁心コアについて、中央1枚と両側2枚とし、もってその全体トータル表面積を広狭変更可能としたことにより、簡単容易に実現される。
すなわち、本発明のインダクタンス可変の非接触給電装置は、磁心コアを直線的にスライド移動可能な3枚1組構造とした簡単な構造により、上述したように優れた給電効率を容易に実現する。
又、この本発明で採用した磁心コアは、このように構造が簡単なので製造容易であり、ローコストで製造可能である。なお、1枚の中央磁心コアと2枚の両側磁心コアは、形状統一が容易であり、この面からもローコストで製造可能である。
更に、本発明の磁心コアは、前述したこの種従来例で使用されているいわゆるE型の磁心コアに比し、全体肉厚を薄く形成可能であり、もって例えばコンパクト化等が促進される。
又、本発明の磁心コアでは、中央磁心コアにコイルが巻回されるので、前述したこの種従来例で使用されているいわゆるフラット平板型の磁心コア(渦巻き巻回されたコイルに添設される)に比し、インダクタンスを大きくできる。もってその分、コイル銅線の使用量を削減可能であり、この面からもコスト面に優れている。
このように、この種従来例に存した課題がすべて解決される等、本発明の発揮する効果は、顕著にして大なるものがある。
<< Second effect >>
Secondly, this can be easily and easily realized by using a single core and two on both sides so that the total surface area of the entire core can be varied.
That is, the inductance-variable non-contact power feeding device of the present invention easily realizes excellent power feeding efficiency as described above by a simple structure in which the magnetic core is a set of three sheets that can linearly slide.
Also, the magnetic core employed in the present invention is easy to manufacture because of its simple structure, and can be manufactured at low cost. In addition, one central magnetic core and two double-sided magnetic cores can be easily unified in shape, and can be manufactured at low cost from this aspect.
Further, the magnetic core of the present invention can be formed thinner than the so-called E-type magnetic core used in the above-described conventional example, so that, for example, downsizing is promoted.
Further, in the magnetic core of the present invention, since the coil is wound around the central magnetic core, the so-called flat plate type magnetic core used in the above-described conventional example (attached to the spirally wound coil). Inductance can be increased compared to Therefore, it is possible to reduce the amount of coil copper wire used, and this is also excellent in terms of cost.
As described above, the effects exerted by the present invention are remarkably large, such as all the problems existing in this type of conventional example are solved.
以下、本発明を実施するための形態について、詳細に説明する。
《非接触給電装置Aについて》
まず、本発明の前提となる非接触給電装置Aについて、図3や図4を参照して、一般的に説明する。
非接触給電装置Aは、電磁誘導の相互誘導作用に基づき、1次側回路1の1次コイル2から、2次側回路3の2次コイル4に、エアギャップGを存して非接触で対応位置して、電力を供給する。1次側回路1は、地上B側に定置配設されており、2次側回路3は、車輌C側等の移動体側に搭載されている。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail.
<< About non-contact power feeding device A >>
First, a non-contact power feeding apparatus A that is a premise of the present invention will be generally described with reference to FIGS. 3 and 4.
The non-contact power feeding device A is non-contact with an air gap G from the
このような非接触給電装置Aについて、更に詳述する。まず、給電側,トラック側,1次側の1次側回路1は、給電スタンドDその他の給電エリアにおいて、地面,路面,床面,その他の地上B側に、定置配置されている。
これに対し、受電側,ピックアップ側,2次側の2次側回路3は、電気自動車(EV車)や電車等の車輌C,その他の移動体に搭載されている。2次側回路3は、移動体の駆動用の他、非駆動用としても利用可能であり、図4中に示したように車載のバッテリー5に接続されるのが代表的であるが、その他の各種負荷Lに直接接続される場合もある。
そして、1次側回路1の1次コイル2と2次側回路3の2次コイル4とは、給電に際し、数10mm〜数100mm、例えば50mm〜150mm程度の僅かな間隙空間であるエアギャップGを存しつつ、非接触で近接対峙して対応位置される。図示例では、上下で対応位置される。
又、給電に際しては、2次コイル4が、1次コイル2上等で対応位置して停止される停止給電方式が代表的である。これに対し、2次コイル4が1次コイル2上を低速走行しつつ給電を行う移動給電方式も、可能である。
Such a non-contact power supply apparatus A will be described in further detail. First, the
On the other hand, the
The
In addition, a stop power feeding method in which the
1次側回路1の1次コイル2は、インバータが使用される電源6に接続されている。図3の1次側回路1中、7はチョークコイルであり、8は、1次コイル2との直列共振用のコンデンサ、9は、1次コイル2との並列共振用のコンデンサである。図3の2次側回路3中、10は並列共振用のコンデンサである。
なお図示例によらず、1次側回路1について、共振用としていずれか一方(直列共振用又は並列共振用)のコンデンサ8又は9のみを、設けることも考えられる。又、2次側回路3について、並列共振用のコンデンサ10と共に又はこれに換えて、直列共振用のコンデンサを設けることも考えられる。更に、1次側回路1と2次側回路3について、いずれか一方のみを共振回路とし、他方には共振用のコンデンサを設けないことも可能である。
2次側回路3の2次コイル4は、図4の例ではバッテリー5に接続可能となっており、給電により充電されたバッテリー5にて走行用のモータ11が駆動されるのに対し、図3の例では、その他の負荷Lに電力供給される。図4中12は、交流を直流に変換するコンバータ(整流部や平滑部)、13は、直流を交流に変換するインバータである。
The
In addition, it is also conceivable to provide only one of the
In the example of FIG. 4, the
電磁誘導の相互誘導作用については、次のとおり。給電に際し、対応位置する1次コイル2と2次コイル4間において、1次コイル2での磁束形成により2次コイル4に誘導起電力を生成させ、もって1次コイル2から2次コイル4に電力を供給することは、公知公用である。
すなわち、1次側回路1の1次コイル2に、電源6から例えば数kHz〜100kHz程度の交流を、給電交流,励磁電流として印加,通電することにより、磁界が1次コイル2の周囲に生じ、磁束がコイル面に対して直角方向に形成される。
そして、このように形成された磁束が、2次側回路3の2次コイル4を貫き鎖交することにより、誘導起電力が生成されて磁場が形成される。このように、誘起された磁界を利用して、電力が送受される。1kW程度〜数kW以上、更には数10kW〜数100kW程度の電力供給も可能である。
非接触給電装置Aでは、このような電磁誘導の相互誘導作用に基づき、1次コイル2と2次コイル4間に磁束の磁路が形成され、1次コイル2そして1次側回路1と、2次コイル4そして2次側回路3との間が電磁結合されて、非接触給電が実施される。
非接触給電装置Aについて、一般的説明は以上のとおり。
The mutual induction effect of electromagnetic induction is as follows. During power feeding, an induced electromotive force is generated in the
That is, a magnetic field is generated around the
And the magnetic flux formed in this way penetrates the
In the non-contact power feeding device A, a magnetic path of magnetic flux is formed between the
About the non-contact electric power feeder A, the general description is as above.
《本発明の概要》
以下、本発明のインダクタンス可変の非接触給電装置Aについて、図1を参照して説明する。まず、本発明の概要については、次のとおり。
本発明のインダクタンス可変の非接触給電装置Aでは、1次コイル2と2次コイル4間のエアギャップG変動や位置ずれに対応すべく、1次コイル2や2次コイル4に付設された磁心コア14の全体トータル表面積が変更可能、そして1次コイル2や2次コイル4のインダクタンスが可変となっている。
すなわち磁心コア14は、フェライトコア,その他の強磁性体よりなり、平板状をなし、中央1枚と両側2枚の3枚1組構造よりなる。
そして中央磁心コア15は、その中央部16に、1次コイル2や2次コイル4が螺状巻回され、その両端部17に、それぞれ両側磁心コア18,19の側部20,21が、重ねられ摺接されている。
この両側磁心コア18,19は、中央磁心コア15に対し、直線的にスライド移動可能に摺接されており、もって、このような中央磁心コア15と両側磁心コア18,19の組合わせにより形成される磁心コア14の全体トータル表面積が、広狭変更可能となっている。
本発明の概要については、以上のとおり。以下、このような本発明について、更に詳述する。
<< Outline of the Invention >>
Hereinafter, a non-contact power feeding apparatus A with variable inductance according to the present invention will be described with reference to FIG. First, the outline of the present invention is as follows.
In the non-contact power feeding apparatus A with variable inductance according to the present invention, the magnetic cores attached to the
That is, the
The central
The both-side
The outline of the present invention is as described above. Hereinafter, the present invention will be described in detail.
《磁心コア14の構造》
まず、磁心コア14の構造について、説明する。
磁心コア14は、1次コイル2や2次コイル4に付設されており、強磁性体よりなり、フェライトコアが代表的に用いられる。そして、1次コイル2,2次コイル4のインダクタンスを増加せしめて、電磁結合を強化すると共に、形成される磁束を誘導,収集,方向付けする。
本発明では、このような磁心コア14として、中央1枚と両側2枚の3枚1組構造が、採用されている。
図示例では、1次コイル2に付設される磁心コア14も、2次コイル4に付設される磁心コア14も、共に、このような3枚1組構造からなっている。なお図示例によらず、1次コイル2又は2次コイル4のいずれか一方のみが、このような3枚1組構造の磁心コア14よりなり、他方は、従来より一般的な1枚のフラット平板型(渦巻き巻回されたコイルに添設される)や、E型の磁心コアや、中央磁心コア15のみよりなる(両側磁心コア18,19が存しない)例も可能である。
<< Structure of
First, the structure of the
The
In the present invention, as such a
In the illustrated example, both the
さて、この3枚1組構造の磁心コア14は、長方形等平板状をなす1枚の中央磁心コア15と、同様に長方形等平板状をなす2枚の両側磁心コア18,19と、からなる。勿論、形状は長方形以外の各種形状が可能であり、又、図示のように中央磁心コア15と両側磁心コア18,19との形状を、揃える必要もない。
中央磁心コア15は、その中央部16に、1次コイル2を構成する絶縁被覆されたコイル導線2’(2次コイル4を構成する絶縁被覆されたコイル導線4’)が、螺状巻回されている。
そして、中央磁心コア15の両端部17に、それぞれ両側磁心コア18,19の側部20,21が、重ねられている。図示例では、中央磁心コア15の左端部17に、左側磁心コア18の右側部20が重ねられ、中央磁心コア15の右端部17に、右側磁心コア18の左側部21が重ねられている。(なお、側部20,21というネーミングに関しては、これに換えて端部とネーミングしても良く、ここで用いられる側部の用語の意味内容は、端部という用語と変わりはない。)
これと共に、このように重ねられた両側磁心コア18,19は、中央磁心コア15に対し、直線的スライド移動可能に摺接されている。もって、直線的スライド移動に基づき、両側磁心コア18,19の側部20,21について、中央磁心コア15の両側部17に対する重なり面積が、可変となっている。
磁心コア14の構造については、以上のとおり。
The three-core
The central
Then, the
At the same time, the two-sided
The structure of the
《磁心コア14の面積等について》
次に、磁心コア14の面積等について、説明する。
上述したように、両側磁心コア18,19は、中央磁心コア15に対して、スライド移動することにより、両側磁心コア18,19の中央磁心コア15に対する重なり面積が可変となっている。
そして、このスライド移動は、相互間の離反又は接近により実施される。すなわち、中央磁心コア15の中央部16の螺状巻回された1次コイル2(2次コイル4)を中央に介在させつつ、図面上ではその左右両側に離反又は接近すべくスライド移動可能となっている。
もって、このような両側磁心コア18,19のスライド移動に伴い、磁心コア14の面積が変更可能となっている。磁心コア14は、中央磁心コア15と両側磁心コア18,19とから構成されるが、中央磁心コア15と重なった両側磁心コア18,19がスライド移動することにより、磁心コア14としての面積(全体表面積,投影面積)が、広狭変更可能となっている。
<< Regarding the area of the
Next, the area of the
As described above, the
And this sliding movement is implemented by the separation or approach between each other. In other words, the spirally wound primary coil 2 (secondary coil 4) of the
Therefore, the area of the
さて、地上B側に定置された1次コイル2と、車輌C等の移動体側に搭載された2次コイル4間では、エアギャップG変動や位置ずれが、多発し勝ちである(いわゆる、X,Y,Z方向つまり前後,左右,上下方向のずれ発生)。
そして、エアギャップG変動や位置ずれが発生すると、1次コイル2や2次コイル4について、インダクタンス(1次コイル2の自己インダクタンス、2次コイル4の自己インダクタンス、2次コイル4の相互インダクタンス等)が、所定の最適値から大小変化するようになる(これらについては、背景技術欄の技術的背景において、前述したところを参照)。
これに対しては、上述により磁心コア14の面積を広狭変更することにより、もって1次コイル2及び/又は2次コイル4について、インダクタンスを大小変更することにより、対応可能となる。
すなわち、磁心コア14の両側磁心コア18,19は、エアギャップG変動の大小や位置ずれの大小に対応して、相互間が離反又は接近すべくスライド移動可能となっている。もって、磁心コア14の全体面積が広狭変更可能、そして、1次コイル2及び(図示例)/又は2次コイル4のインダクタンスが大小変更可能となっている。
磁心コア14の面積等については、以上のとおり。
Now, between the
When the air gap G variation or misalignment occurs, the inductance of the
This can be dealt with by changing the inductance of the
That is, the both-side
The area of the
《具体的構成について》
次に、上述について、具体的構成により説明する。
図1の(2)図に示したように、1次コイル2と2次コイル4間のエアギャップGが、接近により設定より小さくなった場合については、次のとおり。
この場合は、インダクタンスが最適値より大となるが、磁心コア14の全体トータル表面積、具体的には、1次コイル2側及び2次コイル4側の両方の磁心コア14の面積が、図示のように狭くなるように、両側磁心コア18,19をスライド移動させる。これにより、インダクタンスが小となり、インダクタンスの最適値が維持されるようになる。
これに対し、図1の(3)図に示したように、1次コイル2と2次コイル4間のエアギャップGが、離反により設定より大きくなった場合については、次のとおり(X,Y方向の位置ずれの場合も、これに準じる)。
この場合は、インダクタンスが最適値より小となるが、磁心コア14の全体トータル表面積、具体的には、1次コイル2側及び2次コイル4側の両方の磁心コア14の面積が、図示のように広くなるように、両側磁心コア18,19をスライド移動させる。これにより、インダクタンスが大となり、インダクタンスの最適値が維持されるようになる。
具体的構成については、以上のとおり。
<Specific configuration>
Next, the above will be described with a specific configuration.
As shown in FIG. 1B, the case where the air gap G between the
In this case, although the inductance is larger than the optimum value, the total total surface area of the
On the other hand, as shown in FIG. 1 (3), when the air gap G between the
In this case, although the inductance is smaller than the optimum value, the total total surface area of the
The specific configuration is as described above.
《複数コイルの組合わせについて》
次に、複数の1次コイル2や2次コイル4の組合わせについて、説明する。
図1に示した例では、磁心コア14付の1個の1次コイル2と、磁心コア14付の1個の2次コイル4とが、用いられており、上下等で対応位置していたが、本発明は、このような図示例に限定されるものではなく、複数個を並設して、上下等で対応位置するようにすることも、可能である。
図2の(1)図では2個並設して、それぞれが上下等で対応位置するようにした例が、示されている。すなわち、共に磁心コア14付で同規格の2個の1次コイル2が、そして同様に共に磁心コア14付で同規格の2個の2次コイル4が、X方向(コイルの巻回軸芯方向やコアのスライド移動方向、例えば車輌Cの左右方向、図示では長手方向)に沿うと共に、X方向と直角方向のY方向(例えば車輌Cの前後方向、図示では短手方向)に向け、2個並設されている。
図1に示した例では、X方向の位置ずれに対して、磁心コア14の両側磁心コア18,19をスライド移動させることにより、効果的に対応可能となっていた。
これに対し、図2の(1)図に示した例等、複数個並設例では、X方向の位置ずれのみならず、Y方向の位置ずれに対しても、それぞれ磁心コア14の両側磁心コア18,19をスライド移動させることにより、効果的に対応可能となる。
なおこの場合、並設された磁心コア14間の間隔Eは、磁心コア14の幅Fの半分以上に設定する。半分未満に接近すると、相互間で漏洩磁束が干渉し合い、給電効率低下の一因となる。
複数コイルの組合わせについては、以上のとおり。
<Combination of multiple coils>
Next, a combination of a plurality of
In the example shown in FIG. 1, one
In FIG. 2 (1), an example is shown in which two are arranged side by side so that the corresponding positions are up and down. That is, two
In the example shown in FIG. 1, it is possible to effectively cope with the positional deviation in the X direction by sliding the both-side
On the other hand, in a plurality of juxtaposed examples such as the example shown in FIG. 2 (1), both the
In this case, the interval E between the
The combination of multiple coils is as described above.
《作用等》
本発明のインダクタンス可変の非接触給電装置Aは、以上説明したように構成されている。そこで、以下のようになる。
(1)非接触給電装置Aでは、地上B側に定置された1次側回路1の1次コイル2に対し、車輌C等に搭載された2次側回路3の2次コイル4が、所定のエアギャップGの間隔寸法のもとで、正確に対応位置、対峙位置しての給電が想定されている(図4を参照)。
《Action etc.》
The inductance variable non-contact power feeding apparatus A of the present invention is configured as described above. Therefore, it becomes as follows.
(1) In the non-contact power feeding device A, the
(2)しかしながら、実際の運用上では、エアギャップG変動や位置ずれが、不可避的に発生し易い。
例えば、給電時の車輌Cの重量変動や運転操作等に起因して、1次コイル2と2次コイル4間において、所定のエアギャップGの間隔寸法より過接近や過離反が発生することが多々ある。前後方向や左右方向に、対応位置から位置ずれすることも多々ある。
(2) However, in actual operation, fluctuations in the air gap G and misalignment tend to occur inevitably.
For example, due to weight fluctuation of the vehicle C at the time of power feeding, driving operation, or the like, excessive approach or separation may occur between the
(3)このようなエアギャップG変動や位置ずれが発生した場合、本発明の非接触給電装置Aでは、これへの対策として、磁心コア14の面積が対応変更可能となっている(図1の(1)図を参照)。
(3) When such an air gap G variation or misalignment occurs, in the non-contact power feeding device A of the present invention, the area of the
(4)すなわち磁心コア14は、エアギャップG変動の大小や位置ずれの大小に対応して、両側磁心コア18,19が、相互間で離反又は接近すべくスライド移動する。
もって、一部が重なり合う中央磁心コア15,両側磁心コア18,19の組合わせにより、形成される重なり面積そして磁心コア14のトータル面積が、対応して広狭変更されるようになる(図1の(2)図,(3)図を参照)。
(4) That is, the
Therefore, the combination of the central
(5)そこで、エアギャップG変動や位置ずれに基づき、大小(過大や過少に)変化した1次コイル2や2次コイル4のインダクタンスは、このような磁心コア14の面積変更により、更に変更せしめられる。
すなわち、エアギャップG変動によりインダクタンスが大となった場合は、小に埋め合わせ相殺,変更調整,補正され、逆に小となった場合は、大に埋め合わせ相殺,変更調整,補正される。これにより、インダクタンスが予め設定された最適値に維持され、給電効率が保持されるようになる。
(5) Therefore, the inductances of the
That is, when the inductance is increased due to the air gap G variation, the offset is offset, changed, and corrected to a small amount. When the inductance is decreased, the offset is offset, changed, and corrected to a greater extent. As a result, the inductance is maintained at a preset optimum value, and the power supply efficiency is maintained.
(6)そして、このように作用するこの非接触給電装置Aは、磁心コア14を、中央1枚と両側2枚の3枚1組とすると共に、両側磁心コア18,19を、中央磁心コア15に対しスライド移動可能に摺接した、簡単な構造よりなる。
(6) And this non-contact electric power feeding apparatus A which acts in this way makes the
(7)又、この磁心コア14では、中央部16に1次コイル2や2次コイル4のコイル導線2’,4’が螺状巻回された平板状の中央磁心コア15の両端部17に、同じく平板状の両側磁心コア18,19の側部20,21を、それぞれスライド移動可能に重ねて摺設してなる。
従って磁心コア14は、全体肉厚を薄く形成可能である。両側磁心コア18,19の肉厚は、コイル導線2’,4’の螺状巻回厚に見合った程度であり、全体肉厚が特に厚くなることはない。
(7) Further, in the
Therefore, the
(8)更に磁心コア14は、中央磁心コア15に、1次コイル2や2次コイル4のコイル導線2’,4’が、螺状巻回されている。
そこで、形成される磁束密度が密であり、インダクタンスを増加させることが可能なので、対応してコイル導線2’,4’の使用量を削減可能となる。
作用等については、以上のとおり。
(8) Further, in the
Therefore, since the formed magnetic flux density is dense and the inductance can be increased, the amount of use of the
As for the action, it is as above.
《本発明の展開等》
ところで、本発明のインダクタンス可変の非接触給電装置Aについては、更に、次の第1,第2の構成等が、考えられる。
第1に、共振条件については、次のとおり。
前述により、エアギャップG変動や位置ずれに基づく、インダクタンス変化が、磁心コア14の面積変更で確実に変更調整され,補正された場合は、共振条件も維持されるので、特に問題はない。
しかしながら、両インダクタンス(L)に若干の誤差(エアギャップG変動等に基づくインダクタンス変化分と、磁心コア14の面積変更に基づくインダクタンス変更分との間の誤差)が生じた場合は、他の共振条件である電源6の周波数(f)や、コンデンサ(C)8,9,10等のキャパシタンスを、微調整することにより、共振が維持される(下記の数1を参照)、(図3を参照)。
共振条件については、以上のとおり。
<< Development of the present invention >>
By the way, about the non-contact electric power feeding apparatus A with variable inductance of this invention, the following 1st, 2nd structure etc. can be considered further.
First, the resonance conditions are as follows.
As described above, there is no particular problem because the resonance condition is also maintained when the inductance change based on the air gap G variation and the positional deviation is reliably changed and adjusted by changing the area of the
However, if a slight error (an error between the inductance change based on the air gap G variation or the like and the inductance change based on the change in the area of the magnetic core 14) occurs in both inductances (L), other resonances occur. Resonance is maintained by finely adjusting the frequency (f) of the
The resonance conditions are as described above.
第2に、1次コイル2や2次コイル4の螺状巻回態様については、次のとおり。
磁心コア14の中央磁心コア15に螺状巻回される1次コイル2や2次コイル4(コイル導線2’,4’)については、図2の(2)図に示したように、スペースを設けることも可能である。
すなわち、図1や図2の(1)図等に示した例のように、密に連続的に螺状巻回するのではなく、図2の(2)図に示した例のように、例えば中央部にスペースを設けて、他の構成部材を配設するようにしてもよい。
図示例では、1次コイル2と2次コイル4間の位置合わせ装置22用として利用されており、そのリードスイッチ23とマグネット24とが、そのスペースを利用して配設されている。
1次コイル2や2次コイル4の螺状巻回態様については、以上のとおり。
Secondly, the spiral winding mode of the
For the
That is, as in the example shown in FIG. 1 and FIG. 2 (1), etc., instead of being densely and continuously spirally wound, as in the example shown in FIG. 2 (2), For example, a space may be provided in the central portion, and other constituent members may be disposed.
In the illustrated example, it is used for the alignment device 22 between the
About the spiral winding aspect of the
1 1次側回路
2 1次コイル
2’コイル導線
3 2次側回路
4 2次コイル
4’コイル導線
5 バッテリー
6 電源
7 チョークコイル
8 コンデンサ
9 コンデンサ
10 コンデンサ
11 モータ
12 コンバータ
13 インバータ
14 磁心コア
15 中央磁心コア
16 中央部
17 端部
18 両側磁心コア
19 両側磁心コア
20 側部
21 側部
22 位置合わせ装置
23 リードスイッチ
24 マグネット
25 スプリング
A 非接触給電装置
B 地上
C 車輌
D 給電スタンド
E 間隔
F 幅
G エアギャップ
L 負荷
X X方向
Y Y方向
DESCRIPTION OF
Claims (1)
該1次コイルや2次コイルに付設された磁心コアは、フェライトコア,その他の強磁性体よりなり、平板状をなし、中央1枚と両側2枚の3枚1組構造よりなり、
中央磁心コアは、その中央部に、該1次コイルや2次コイルが螺状巻回され、両端部に、それぞれ両側磁心コアの側部が重ねられて摺接されており、
該両側磁心コアは、エアギャップ変動の大小や位置ずれの大小に対応して、該中央磁心コアの中央部に螺状巻回された該1次コイルや2次コイルを、中央に介在させつつ、相互間が両側に離反又は接近すべく直線的にスライド移動可能となっており、
もって、一部が重なり合う該中央磁心コアと両側磁心コアの組合わせにより形成される該磁心コアの全体トータル表面積が、広狭変更可能、そして該1次コイルや2次コイルのインダクタンスが、大小変更可能となっており、
具体的には、該1次コイルと2次コイル間のエアギャップが、接近により設定より小さくなった場合は、インダクタンスが最適値より大となるが、該磁心コアの全体トータル表面積が狭くなるように、該両側磁心コアをスライド移動させることにより、インダクタンスが小となり、インダクタンスの最適値が維持され、
これに対し、該1次コイルと2次コイル間のエアギャップが、離反により設定より大きくなった場合や、位置ずれの場合は、インダクタンスが最適値より小となるが、該磁心コアの全体トータル表面積が広くなるように、該両側磁心コアをスライド移動させることにより、インダクタンスが大となり、インダクタンスの最適値が維持されること、を特徴とする、インダクタンス可変の非接触給電装置。 In a non-contact power feeding device that supplies electric power from a primary coil of a primary-side circuit to a secondary coil of a secondary-side circuit based on the mutual induction action of electromagnetic induction and correspondingly positioned in a non-contact manner with an air gap. ,
The magnetic core attached to the primary coil and the secondary coil is made of a ferrite core and other ferromagnetic materials, has a flat plate shape, and has a one-piece structure consisting of one center and two sides.
The central magnetic core has the primary coil and the secondary coil spirally wound at the central portion thereof, and the side portions of both side magnetic cores are overlapped and slidably contacted at both ends.
The two-sided magnetic cores have the primary coil and the secondary coil wound around the central part of the central magnetic core corresponding to the size of the air gap fluctuation and the size of the positional deviation while interposing them in the center. , Can be slid linearly to move away or approach each other,
Therefore, the total total surface area of the core core formed by the combination of the central core core and the double-sided core cores, which are partially overlapped, can be varied widely, and the inductance of the primary coil and secondary coil can be varied. And
Specifically, when the air gap between the primary coil and the secondary coil becomes smaller than the setting due to the approach, the inductance becomes larger than the optimum value, but the total total surface area of the magnetic core is reduced. In addition, by sliding the magnetic cores on both sides, the inductance becomes small, and the optimum value of the inductance is maintained,
On the other hand, if the air gap between the primary coil and the secondary coil becomes larger than the setting due to separation or misalignment, the inductance will be smaller than the optimum value, but the total total of the magnetic core A non-contact power feeding apparatus with variable inductance, wherein the inductance is increased and the optimum value of the inductance is maintained by sliding the both-side magnetic cores so as to increase the surface area.
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