JP5595894B2 - Resonant coil and non-contact power transmission device having the same - Google Patents
Resonant coil and non-contact power transmission device having the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP5595894B2 JP5595894B2 JP2010283665A JP2010283665A JP5595894B2 JP 5595894 B2 JP5595894 B2 JP 5595894B2 JP 2010283665 A JP2010283665 A JP 2010283665A JP 2010283665 A JP2010283665 A JP 2010283665A JP 5595894 B2 JP5595894 B2 JP 5595894B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- coil
- resonance
- resonance coil
- power
- conductor
- 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.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
Description
本発明は、共鳴現象によって相手方コイルに電力を送信し又は相手方コイルから送信された電力を受信する共鳴コイル、及び、その共鳴コイルを有する非接触電力伝送装置に関するものである。 The present invention relates to a resonance coil that transmits power to a counterpart coil or receives power transmitted from the counterpart coil by a resonance phenomenon, and a non-contact power transmission apparatus having the resonance coil.
近年、例えば、電気自動車等が備える二次電池(以下、単に「バッテリ」という)の充電などにおいて、充電作業を容易にするために、プラグ接続等の物理的接続を必要としないワイヤレス(非接触)での電力伝送技術が用いられている。 In recent years, for example, charging of a secondary battery (hereinafter simply referred to as “battery”) included in an electric vehicle or the like is wireless (non-contact) that does not require physical connection such as plug connection in order to facilitate charging work. ) Is used.
このようなワイヤレス電力伝送技術として、電磁誘導現象を利用した電磁誘導方式、電磁波を利用した電磁波送信方式、共鳴現象を利用した共鳴方式などが知られている。中でも、共鳴方式は、送信共鳴コイルに交流電力を供給して、電磁場を介して送信共鳴コイルと当該送信共鳴コイルに対向配置された受信共鳴コイルとを共鳴させて、電力を伝送する技術であり、数kWの大電力を比較的離れた場所間で伝送することが可能である。 As such wireless power transmission technology, an electromagnetic induction method using an electromagnetic induction phenomenon, an electromagnetic wave transmission method using an electromagnetic wave, a resonance method using a resonance phenomenon, and the like are known. Among them, the resonance method is a technique for transmitting electric power by supplying AC power to the transmission resonance coil and causing the transmission resonance coil to resonate with the reception resonance coil disposed opposite to the transmission resonance coil via an electromagnetic field. It is possible to transmit large power of several kW between relatively distant places.
しかしながら、このような共鳴方式のワイヤレス電力伝送技術を、例えば、電気自動車のバッテリ充電システムなどの数kWから数十kWの大電力が伝送されるシステムに適用した場合、図7に示すように、共鳴状態になると共鳴コイルが有する管状に巻回されたコイル導線の端部あるいは端部近傍において高電圧が生じ、当該共鳴コイルを収容するアースされたケースなどとの間で絶縁破壊が起きて火花放電が発生してしまうなどの問題があった。そして、このような問題を解決する技術が、例えば、特許文献1に開示されている。
However, when such a resonance-type wireless power transmission technology is applied to a system in which large power of several kW to several tens of kW is transmitted, such as a battery charging system of an electric vehicle, for example, as shown in FIG. When the resonance state is reached, a high voltage is generated at or near the end of the coil wire wound in the tubular shape of the resonance coil, and a dielectric breakdown occurs with a grounded case that accommodates the resonance coil, resulting in a spark. There were problems such as the occurrence of discharge. And the technique which solves such a problem is disclosed by
特許文献1に開示されている共鳴コイル901は、図8に示すように、コイル導線910と絶縁性の樹脂920とを備えている。コイル導線910は、管状に複数回巻回されている。そして、この絶縁性の樹脂920が、コイル導線910の長手方向の端部910aに近いほど厚みが増すようにコイル導線910に被覆加工されているので、コイル導線910の端部910aにおける絶縁耐力を高めて火花放電を防止することができた。また、この共鳴コイル901のコイル導線910には、コイル導線910の巻回部間に一定の導線間ギャップが設けられており、コイル導線910の巻回部間での絶縁破壊による火花放電を防いでいた。
As shown in FIG. 8, the
また、このような共鳴コイル901は、例えば、電気自動車のバッテリの充電システムなどに用いられるので、燃費向上、車内スペース確保、及び、充電エリアの有効利用等のために小型化が求められているが、共鳴コイル901を小型化するとコイル導線910の導線間ギャップが小さくなってしまい、コイル導線910間に絶縁破壊が生じる恐れがある。そして、このような問題を解決する技術として、コイル導線の巻回部間に絶縁性樹脂などからなる絶縁部材を充填してコイル導線全体を包むようにモールドすることにより、コイル導線の巻回部間の絶縁破壊耐性(絶縁耐力)を向上させて、コイル導線の導線間ギャップを小さくする構成が知られている。
Such a
しかしながら、上述した構成の共鳴コイルにおいて、図7から判るようにコイル導線の各巻回部間に生じる電位差がコイル導線の箇所によって異なるにもかかわらず、コイル導線の導線間ギャップ、即ち、コイル導線の巻回部間に充填される絶縁部材の厚さが、最も大きい電位差に合わせて一定にされているので、これより電位差が低い箇所においては、絶縁部材が必要以上の厚さとなって過剰な絶縁耐力を有することになり、そのため、小型化に際して無駄が生じて製造コストが増加してしまうという問題があった。 However, in the resonance coil having the above-described configuration, as can be seen from FIG. 7, the gap between the coil conductors, that is, the coil conductor gap, although the potential difference generated between the winding portions of the coil conductor differs depending on the location of the coil conductor. Since the thickness of the insulating member filled between the winding portions is made constant according to the largest potential difference, the insulating member becomes excessively thick at the portion where the potential difference is lower than this, and excessive insulation is obtained. Therefore, there is a problem that the manufacturing cost is increased due to wasteful size reduction.
本発明は、上記課題に係る問題を解決することを目的としている。即ち、本発明は、コイル導線間での絶縁破壊のない小型で安価な共鳴コイル及びそれを備える非接触電力伝送装置を提供することを目的としている。 The present invention aims to solve the above problems. That is, an object of the present invention is to provide a small and inexpensive resonant coil that does not cause dielectric breakdown between coil conductors and a non-contact power transmission device including the same.
本発明者は、共鳴コイルの小型化と低コストとを両立すべく、共鳴コイルの構成について検討を重ねた結果、コイル導線の各巻回部間には異なる電位差が生じており、この各巻回部間における電位差に応じて適切な絶縁耐力を有する絶縁部材を各巻回部間に設けることで、小型形状でありながら低コストを実現できることを見出し、本発明の完成に至った。 As a result of repeated investigations on the configuration of the resonance coil in order to achieve both reduction in size and cost of the resonance coil, the present inventor has produced different potential differences between the winding portions of the coil conductor. It has been found that by providing an insulating member having an appropriate dielectric strength between the winding portions according to the potential difference between them, it is possible to realize a low cost while having a small shape, and the present invention has been completed.
請求項1に記載された発明は、上記目的を達成するために、共鳴現象によって相手方コイルに電力を送信し又は前記相手方コイルから送信された電力を受信する共鳴コイルであって、複数回巻回されたコイル導線を有し、そして、前記コイル導線の一の巻回部と当該一の巻回部に隣接する他の巻回部との間には、前記一の巻回部と前記他の巻回部との間に生じる電位差に応じた絶縁耐力を有する絶縁部材が設けられていることを特徴とする共鳴コイルである。
In order to achieve the above object, the invention described in
請求項2に記載された発明は、請求項1に記載された発明において、前記絶縁部材には、異なる前記絶縁耐力を有する、順次積層された、複数の絶縁層が設けられていることを特徴とするものである。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the insulating member is provided with a plurality of sequentially laminated insulating layers having different dielectric strengths. It is what.
請求項3に記載された発明は、請求項2に記載された発明において、前記コイル導線が、管状に複数回巻回されており、前記絶縁部材における前記コイル導線の軸方向中央部に設けられた前記絶縁層の絶縁耐力が、前記絶縁部材における前記コイル導線の軸方向両端部に設けられた前記絶縁層の絶縁耐力より高いことを特徴とするものである。
The invention described in
請求項4に記載された発明は、請求項3に記載された発明において、前記複数の絶縁層が、前記コイル導線の軸方向両端部に設けられた一対の第1絶縁層と、前記一対の第1絶縁層に挟まれるように積層されて前記コイル導線の軸方向中央部に設けられた、前記一対の第1絶縁層より絶縁耐力が高い第2絶縁層と、からなることを特徴とするものである。
The invention described in
請求項5に記載された発明は、上記目的を達成するために、共鳴現象によって電力を送信する送信共鳴コイルと、前記送信共鳴コイルから送信された電力を受信する受信共鳴コイルと、を有する非接触電力伝送装置において、前記送信共鳴コイル及び前記受信共鳴コイルの少なくとも一方が、請求項1〜4のいずれか一項に記載された共鳴コイルであることを特徴とする非接触電力伝送装置である。
In order to achieve the above object, the invention described in
請求項1に記載された発明によれば、複数回巻回されたコイル導線を有し、そして、このコイル導線の一の巻回部と当該一の巻回部に隣接する他の巻回部との間には、前記一の巻回部と前記他の巻回部との間に生じる電位差に応じた絶縁耐力を有する絶縁部材が設けられているので、例えば、コイル導線の各巻回部間に設ける絶縁部材の絶縁耐力を均一にした場合、コイル導線の一部の巻回部間において、過剰な絶縁耐力の絶縁部材を設けることになってしまうところ、本発明では、コイル導線の各巻回部間に生じる電位差に合わせた絶縁耐力を有する絶縁部材を設けることで、過剰な絶縁耐力を有する部分をなくすことができ、コイル導線間の絶縁破壊のない小型で安価な共鳴コイルを提供できる。 According to the first aspect of the present invention, the coil conductor is wound a plurality of times, and one winding portion of the coil conductor and another winding portion adjacent to the one winding portion are provided. Is provided with an insulating member having a dielectric strength according to a potential difference generated between the one winding part and the other winding part. If the insulation strength of the insulation member provided on the coil conductor is made uniform, an insulation member with excessive dielectric strength is provided between some winding portions of the coil conductor. In the present invention, each winding of the coil conductor By providing an insulating member having a dielectric strength that matches the potential difference generated between the portions, a portion having an excessive dielectric strength can be eliminated, and a small and inexpensive resonance coil free from dielectric breakdown between coil conductors can be provided.
請求項2に記載された発明によれば、絶縁部材には、異なる前記絶縁耐力を有する、順次積層された、複数の絶縁層が設けられているので、絶縁部材が、異なる絶縁耐力を有する複数の絶縁層を順次積層した簡易な構成となり、より安価な共鳴コイルを提供できる。 According to the second aspect of the present invention, since the insulating member is provided with a plurality of insulating layers which are sequentially stacked and have different dielectric strengths, the insulating member has a plurality of different dielectric strengths. Thus, a simple structure in which the insulating layers are sequentially stacked can be provided, and a cheaper resonance coil can be provided.
請求項3に記載された発明によれば、コイル導線が、管状に複数回巻回されており、絶縁部材におけるコイル導線の軸方向中央部に設けられた絶縁層の絶縁耐力が、絶縁部材に軸方向両端部に設けられた絶縁層の絶縁耐力より高いので、コイル導線の各巻回部間に生じる電位差が、管状のコイル導線の軸方向中央部で大きく、両端部で小さくなる特性を有する共鳴コイルにおいて、コイル導線間の絶縁破壊のない小型で安価な共鳴コイルを提供できる。
According to the invention described in
請求項4に記載された発明によれば、複数の絶縁層が、コイル導線の軸方向両端部に設けられた一対の第1絶縁層と、これら一対の第1絶縁層に挟まれるように積層されてコイル導線の軸方向中央部に設けられた、一対の第1絶縁層より絶縁耐力が高い第2絶縁層と、からなるので、コイル導線の各巻回部間に生じる電位差が、管状のコイル導線の軸方向中央部で大きく、両端部で小さくなる特性を有する共鳴コイルにおいて、絶縁部材を、異なる絶縁耐力を有する絶縁材料を三層構造にした非常に簡易な構成とすることで、より安価な共鳴コイルを提供できる。
According to the invention described in
請求項5に記載された発明によれば、送信共鳴コイル及び受信共鳴コイルの少なくとも一方が、請求項1〜4のいずれか一項に記載された共鳴コイルであるので、小型で安価な共鳴コイルを用いることにより、小型で安価な非接触電力伝送装置を提供できる。
According to the invention described in
(共鳴コイルの一実施形態)
以下、本発明の共鳴コイルの一実施形態について、図1、図2を参照して説明する。
(One Embodiment of Resonance Coil)
Hereinafter, an embodiment of a resonance coil of the present invention will be described with reference to FIGS.
共鳴コイルは、共鳴現象を利用して、対向配置された相手方コイルに電力を送信し又は前記相手方コイルから送信された電力を受信するのに用いられる。 The resonance coil is used to transmit power to or receive power transmitted from the counterpart coil by using a resonance phenomenon.
各図に示す本発明に係る共鳴コイル(図中、符号50で示す)は、コイル導線51と、絶縁部材としてのモールド部材52と、を有している。
The resonance coil according to the present invention shown in each drawing (indicated by
コイル導線51は、各図に示すように、例えば、直径5mmの銅線を管状(ソレノイド)に複数回(n回)巻回した、直径Dが600mm、長さLが200mmの空心のらせんコイルである。このコイル導線51には、複数の円形部分(1ターン)である巻回部55[1]〜55[n]が設けられている。コイル導線の一の巻回部55[k]とそれに隣接する他の巻回部55[k+1](k:1〜n−1)の間(以下、単に巻回部55間という)には、一定の導線間ギャップG(即ち、間隔)が設けられている。なお、「一定の導線間ギャップG」とは、各導線間ギャップGが、それぞれ同一又は概ね同一であることを意味する。
As shown in each drawing, the
共振状態におけるコイル導線51の電圧分布を図7に示す。そして、この図7から明らかなように、コイル導線51における単位距離間の電位差(即ち、グラフの傾き)は、コイル導線51の長手方向中央部(即ち、グラフの原点)ほど大きく、長手方向両端部に近づくにしたがって小さくなる。つまり、管状に巻回されたコイル導線51は、箇所によって巻回部55間の電位差が異なり、具体的には、その軸方向(即ち、長さL方向)中央部における巻回部55間の電位差が、軸方向両端部における巻回部55間の電位差より大きくなる特性を有している。
FIG. 7 shows the voltage distribution of the
モールド部材52は、各図に示すように、一対の第1絶縁層52a、52bと、これら一対の第1絶縁層52a、52bの間に挟まれて積層された第2絶縁層52cと、を有している。このモールド部材52の、一対の第1絶縁層52a、52bと、第2絶縁層52cとは、上記コイル導線51の上記特性を考慮して、その材料が定められる。
As shown in each drawing, the
一対の第1絶縁層52a、52bは、例えば、PI(ポリイミド)などの中耐圧の絶縁性を有する合成樹脂で構成されており、コイル導線51の軸方向(即ち、長さL方向)両端部における巻回部55間に充填されてそれら巻回部55を内包するように設けられている。
The pair of first insulating
第2絶縁層52cは、例えば、PFA(テトラフルオロエチレン・パーフルオロアリキルビニルエーテル共重合体)などの高耐圧の絶縁性を有する合成樹脂で構成されており、コイル導線51の軸方向中央部における巻回部55間に充填されてそれら巻回部55を内包するように設けられている。第2絶縁層52cには、一対の第1絶縁層52a、52bに用いられる材料より絶縁耐力が高い材料が用いられる。
The second insulating
一対の第1絶縁層52a、52bに用いたPIの絶縁破壊電圧(AC)は、15〜20[kV/mm]程度であり、第2絶縁層52cに用いたPFAの絶縁破壊電圧(AC)は、150[kV/mm]程度であり、その一方で、空気の絶縁破壊電圧(AC)は、3[kV/mm]程度であるので、このようなモールド部材52を設けることにより、コイル導線51単体の構成より、導線間ギャップGをより小さくすることができる。
The dielectric breakdown voltage (AC) of PI used for the pair of first insulating
モールド部材52は、例えば、コイル導線51の全体が収容された直方体枠型に、(1)まず、溶融状態のPIが枠型の3分の1程度の高さまで流し込まれたのち凝固されることにより第1絶縁層52bが形成され、(2)次に、溶融状態のPFAが枠型の3分の2程度の高さまで流し込まれたのち凝固されることにより第2絶縁層52cが形成され、(3)最後に、溶融状態のPIが枠型の高さまで流し込まれたのち凝固されることにより第1絶縁層52aが形成される。これにより、各巻回部55間にそれぞれの絶縁層を形成する合成樹脂が充填されて、コイル導線51を内包するように、第1絶縁層52a、52b及び第2絶縁層52cが設けられる。つまり、モールド部材52は、共振状態でのコイル導線51の軸方向中央部における巻回部55間の電位差が、軸方向両端部における巻回部55間の電位差より大きくなるという特性に応じて、そのコイル導線51の軸方向中央部の絶縁耐力が、軸方向両端部の絶縁耐力より高くなるように構成されている。
For example, the
本実施形態においては、上述のように第1絶縁層52a、52b及び第2絶縁層52cを有するモールド部材52を設けている。その一方で、従来の構成、例えば、絶縁耐力が比較的低い上記PIのみを用いて絶縁耐力が均一になるようにモールド部材52を構成した場合、コイル導線51の軸方向中央部における巻回部55間の電位差、即ち、最も大きい電位差に合わせて導線間ギャップG(即ち、巻回部55間に充填されるモールド部材52の厚さ)が定められるので、必要な絶縁耐力を確保するために巻回部55間に充填されるモールド部材52の厚さが大きくなって、モールド部材52の外形サイズ(即ち、長さL)が大きくなってしまう。
In the present embodiment, the
また、絶縁耐力が比較的高い上記PFAのみを用いて絶縁耐力が均一になるようにモールド部材52を構成した場合、巻回部55間に充填されるモールド部材52の厚さを小さくすることができ、外形サイズを小さくすることができる。しかしながら、絶縁耐力がより高い材料は高コストであり、また、巻回部55間に充填されるモールド部材52の厚さは、コイル導線51の軸方向中央部における巻回部55間の電位差、即ち、最も大きい電位差に合わせて定められているので、コイル導線51の軸方向両端部においては、巻回部55間に充填されるモールド部材52の厚さが過剰となって、無駄が生じてしまう。また、上記PIを用いた場合でも、このような無駄が生じる点に関して同様である。
In addition, when the
そして、本実施形態によれば、モールド部材52について、巻回部55間の電位差が比較的低いコイル導線51の軸方向両端部では、絶縁耐力の比較的低い材料からなる一対の第1絶縁層52a、52bを設け、巻回部55間の電位差が比較的高いコイル導線51の軸方向中央部では、絶縁耐力の比較的高い材料からなる第2絶縁層52cを設けることにより、巻回部55間の電位差に応じた絶縁耐力を有する絶縁部材を配設して、絶縁耐力が過剰となる部分をなくし、小型化と低コストとを両立している。
And according to this embodiment, a pair of 1st insulating layer which consists of material with comparatively low dielectric strength at the axial direction both ends of the
以上より、本発明によれば、複数回巻回され且つ各巻回部55間に一定の導線間ギャップGが設けられたコイル導線51を有し、そして、このコイル導線51の一の巻回部55[k]とそれに隣接する他の巻回部55[k+1]との間には、これら一の巻回部55[k]と他の巻回部55[k+1]との間に生じる電位差に応じた絶縁耐力を有するモールド部材52が設けられているので、例えば、コイル導線51の各巻回部55間に設けるモールド部材52の絶縁耐力を均一にした場合、コイル導線51の一部の巻回部55間において、過剰な絶縁耐力となる部分を設けることになってしまうところ、本発明では、コイル導線51の各巻回部55間に生じる電位差に合わせた絶縁耐力を有する第1絶縁層52a、52b及び第2絶縁層52cを設けることで、モールド部材52における過剰な絶縁耐力となる部分をなくすことができ、コイル導線51間の絶縁破壊のない小型で安価な共鳴コイル50を実現できる。
As mentioned above, according to this invention, it has the
また、コイル導線51が、管状に複数回巻回されており、モールド部材52におけるコイル導線51の軸方向中央部の絶縁耐力が、軸方向両端部の絶縁耐力より高いので、コイル導線51の各巻回部55間に生じる電位差が、管状のコイル導線51の軸方向中央部で大きく、両端部で小さくなる特性を有する共鳴コイル50において、コイル導線51間の絶縁破壊のない小型で安価な共鳴コイル50を実現できる。
Moreover, since the
また、モールド部材52が、コイル導線51の軸方向両端部に設けられた一対の第1絶縁層52a、52bと、これら一対の第1絶縁層52a、52bに挟まれるように積層されてコイル導線51の軸方向中央部に設けられた、一対の第1絶縁層52a、52bより絶縁耐力が高い第2絶縁層52cと、を有しているので、コイル導線51の各巻回部55間に生じる電位差が、管状のコイル導線の軸方向中央部で大きく、両端部で小さくなる特性を有する共鳴コイルにおいて、モールド部材52を、異なる絶縁耐力を有する絶縁材料を三層構造にした簡易な構成とすることで、より安価な共鳴コイル50を実現できる。
In addition, the
本実施形態では、一対の第1絶縁層52a、52b及び第2絶縁層52cからなる三層構造のモールド部材52を有するものであったが、これに限定されるものではなく、例えば、四層以上の複数の絶縁層を有するモールド部材52としてもよい。モールド部材52をこのような複数の絶縁層を積層した簡易な構成とすることで、安価な共鳴コイルを実現できる。また、モールド部材52については、複数の絶縁層を積層した構成に限らず、本発明の目的に反しない限り、コイル導線51の電圧分布に合わせて、コイル導線51の一の巻回部55[k]とそれに隣接する他の巻回部55[k+1]との間に、これら一の巻回部55[k]と他の巻回部55[k+1]との間に生じる電位差に応じた絶縁耐力を有するモールド部材52などが設けられているものであればよい。
In the present embodiment, the
また、本実施形態では、コイル導線51の各巻回部55間に一定の導線間ギャップGが設けられているものであったが、これに限定されるものではない。例えば、巻回部55間の電位差に合わせて、モールド部材52の絶縁耐力とともに導線間ギャップGを調整するなど、各導線間ギャップGが互いに異なる構成などであってもよい。
Moreover, in this embodiment, although the fixed gap G between conductors was provided between each winding
また、本実施形態のコイル導線51は、管状に複数回巻回されたものであったが、これに限定されるものではなく、例えば、図3(a)、(b)に示すような、半径方向(中心から放射状に広がる方向)に沿って第1絶縁層52b、第2絶縁層52c、第1絶縁層52aが順次配置された平板環状のモールド部材52の中に、コイル導線51が平板状に複数回巻回されている平型らせんコイルなどであってもよく、本発明の目的に反しない限り、コイル導線51の形状は任意である。
Moreover, although the
(非接触電力伝送装置の一実施形態)
次に、上述した共鳴コイルを備えた、本発明の非接触電力伝送装置の一実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置ついて、図4〜図6を参照して説明する。
(One Embodiment of Non-contact Power Transmission Device)
Next, a wireless power transmission device according to an embodiment of the non-contact power transmission device of the present invention provided with the above-described resonance coil will be described with reference to FIGS.
図4は、本発明の実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置の構成を示す説明図である。同図に示すように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置10は、電気自動車5に設けられる受電装置12と、該受電装置12に交流電力を供給する給電装置11と、を備えており、給電装置11より出力される交流電力を非接触(ワイヤレス)で受電装置12に送信する。給電装置11は、電力送信用の通信コイル24を備えており、該通信コイル24に交流電力が供給されると、この交流電力は、受電装置12に設けられている電力受信用の通信コイル31に伝達される。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the configuration of the wireless power transmission device according to the embodiment of the present invention. As shown in the figure, a wireless
電気自動車5に設けられる受電装置12は、充電時に電気自動車5を給電装置11の所定位置に置いたときに、電力送信用の通信コイル24と接近する電力受信用の通信コイル31と、整流器33と、を備えている。更に、直流電力が充電されるバッテリ35と、該バッテリ35の電圧を降圧してサブバッテリ41に供給するDC/DCコンバータ42と、バッテリ35の出力電力を交流電力に変換するインバータ43と、該インバータ43より出力される交流電力により駆動するモータ44を備えている。
The
図5は、本発明の実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置10のブロック図であり、給電装置11、及び電気自動車5に搭載される受電装置12を備えている。
FIG. 5 is a block diagram of the wireless
給電装置11は、電力伝送用のキャリア信号を出力するキャリア発振器21と、該キャリア発振器21より出力されるキャリア信号(即ち、交流電力)を増幅する電力増幅器23、及び電力増幅器23で増幅された交流電力を出力する通信コイル24を備えている。通信コイル24は、後述するように給電コイル(一次コイル)L1と送信共鳴コイルX1から構成されている。そして、この送信共鳴コイルX1として、上述した共鳴コイル50を用いている。
The
キャリア発振器21は、電力伝送用の交流信号として例えば周波数1〜100[MHz]の交流電力を出力する。 The carrier oscillator 21 outputs, for example, AC power having a frequency of 1 to 100 [MHz] as an AC signal for power transmission.
電力増幅器23は、キャリア発信器21より出力された交流電力を増幅する。そして、増幅した交流電力を通信コイル24に出力する。通信コイル24は、受電装置12に設けられる通信コイル31と連携し、共鳴型電力伝送方式によりワイヤレスで交流電力を通信コイル31に伝送する。共鳴型電力伝送方式(即ち、共鳴方式)については後述する。
The power amplifier 23 amplifies the AC power output from the carrier transmitter 21. Then, the amplified AC power is output to the
また、受電装置12は、電力送信用の通信コイル24より送信される交流電力を受信する電力受信用の通信コイル31と、この通信コイル31で受信された交流電力を整流して、直流電圧を生成する整流器33と、を備える。また、車両駆動用のモータ44(図4参照)に電力を供給するバッテリ35を備え、該バッテリ35は、整流器33より出力される直流電力により充電される。
The
通信コイル31は、後述するように受電コイル(一次コイル)L2と受信共鳴コイルX2から構成されている。そして、この受信共鳴コイルX2として、上述した共鳴コイル50を用いている。
As will be described later, the
次に、共鳴型電力伝送方式について説明する。図6は、共鳴型電力伝送方式の原理を示す説明図である。図示のように、給電装置11には、給電コイルL1、及び該給電コイルL1と同心円状に且つ近接して配置された送信共鳴コイルX1(即ち、共鳴コイル50)が設けられている。なお、給電コイルL1と送信共鳴コイルX1により図4、図5に示す通信コイル24が構成される。また、受電装置12には、受電コイルL2、及び該受電コイルL2と同心円状に且つ近接して配置された受信共鳴コイルX2(即ち、共鳴コイル50)が設けられている。なお、受電コイルL2と受信共鳴コイルX2により図4、図5に示す通信コイル31が構成される。
Next, the resonance type power transmission method will be described. FIG. 6 is an explanatory diagram showing the principle of the resonant power transmission method. As shown in the figure, the
そして、給電コイルL1に1次電流を流すと、電磁誘導により送信共鳴コイルX1に誘導電流が流れ、更に、該送信共鳴コイルX1のインダクタンスLs、及び浮遊容量Csにより、該送信共鳴コイルX1が共鳴周波数ωs(=1/√Ls・Cs)で共鳴する。すると、この送信共鳴コイルX1に近接して設けられた、受電装置12側の受信共鳴コイルX2が共鳴周波数ωsで共鳴し、受信共鳴コイルX2に2次電流が流れる。更に、電磁誘導により受信共鳴コイルX2に近接した受電コイルL2に2次電流が流れる。
When a primary current is passed through the feeding coil L1, an induced current flows through the transmission resonance coil X1 by electromagnetic induction, and the transmission resonance coil X1 resonates due to the inductance Ls and the stray capacitance Cs of the transmission resonance coil X1. Resonates at a frequency ωs (= 1 / √Ls · Cs). Then, the reception resonance coil X2 on the
上記の動作により、給電装置11から受電装置12に、ワイヤレスで電力を送信することができることとなる。
With the above operation, power can be transmitted from the
次に、図4、図5に示した本発明のワイヤレス電力伝送装置の動作について説明する。図4に示すように、電気自動車5が給電装置11の所定位置に置かれ、給電装置11に設けられる通信コイル24と、電気自動車5の受電装置12に設けられる通信コイル31が対向する位置となると、バッテリ35への充電を行うことができる。
Next, the operation of the wireless power transmission device of the present invention shown in FIGS. 4 and 5 will be described. As shown in FIG. 4, the
充電が開始されると、図5に示すキャリア発振器21より、周波数1〜100[MHz]程度の交流電力が出力される。 When charging is started, AC power having a frequency of about 1 to 100 [MHz] is output from the carrier oscillator 21 shown in FIG.
そして、キャリア発信器21より出力された交流電力は、電力増幅器23にて増幅される。増幅された交流電力は、通信コイル24,31を介して、前述した共鳴型電力伝送の原理により、受電装置12に伝送されることになる。
Then, the AC power output from the carrier transmitter 21 is amplified by the power amplifier 23. The amplified AC power is transmitted to the
受電装置12に伝送された交流電力は、通信コイル31から整流器33に出力される。
The AC power transmitted to the
そして、整流器33では、交流電力を整流して所定電圧の直流電力に変換し、この電力をバッテリ35に供給して、該バッテリ35を充電する。これにより、バッテリ35を充電することができる。
The
以上より、本発明によれば、送信共鳴コイルX1及び受信共鳴コイルX2として、上述した共鳴コイル50を用いているので、この共鳴コイル50は、複数回巻回され且つ各巻回部55間に一定の導線間ギャップGが設けられたコイル導線51を有し、そして、このコイル導線51の一の巻回部55[k]とそれに隣接する他の巻回部55[k+1]との間には、これら一の巻回部55[k]と他の巻回部55[k+1]との間に生じる電位差に応じた絶縁耐力を有するモールド部材52が設けられているので、モールド部材52において過剰な絶縁耐力となる部分をなくすことができ、送信共鳴コイルX1及び受信共鳴コイルX2を低コストで小型化でき、したがって、小型で安価な非接触電力伝送装置を提供できる。
As described above, according to the present invention, since the above-described
本実施形態においては、送信共鳴コイルX1及び受信共鳴コイルX2の両方とも上述した共鳴コイル50を用いていたが、これに限定されるものではなく、送信共鳴コイルX1及び受信共鳴コイルX2のうち少なくとも一方に共鳴コイル50を用いるものであればよい。
In the present embodiment, the
なお、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。 In addition, embodiment mentioned above only showed the typical form of this invention, and this invention is not limited to embodiment. That is, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
5 電気自動車
10 ワイヤレス電力伝送装置(非接触電力伝送装置)
50 共鳴コイル
51 コイル導線
52 モールド部材(絶縁部材)
52a、52b 第1絶縁層
52c 第2絶縁層
X1 送信共鳴コイル(共鳴コイル)
X2 受信共鳴コイル(共鳴コイル)
5
50
52a, 52b
X2 receiving resonance coil (resonance coil)
Claims (5)
複数回巻回されたコイル導線を有し、そして、
前記コイル導線の一の巻回部と当該一の巻回部に隣接する他の巻回部との間には、前記一の巻回部と前記他の巻回部との間に生じる電位差に応じた絶縁耐力を有する絶縁部材が設けられている
ことを特徴とする共鳴コイル。 A resonance coil that transmits power to a counterpart coil by a resonance phenomenon or receives power transmitted from the counterpart coil,
Having a coil wire wound several times; and
Between the one winding part of the coil conductor and the other winding part adjacent to the one winding part, there is a potential difference generated between the one winding part and the other winding part. An insulating member having a corresponding dielectric strength is provided.
前記絶縁部材における前記コイル導線の軸方向中央部に設けられた前記絶縁層の絶縁耐力が、前記絶縁部材における前記コイル導線の軸方向両端部に設けられた前記絶縁層の絶縁耐力より高いことを特徴とする請求項2に記載の共鳴コイル。 The coil conductor is wound into a tube a plurality of times;
The dielectric strength of the insulating layer provided at the axial center of the coil conductor in the insulating member is higher than the dielectric strength of the insulating layer provided at both axial ends of the coil conductor in the insulating member. The resonance coil according to claim 2, characterized in that:
前記送信共鳴コイル及び前記受信共鳴コイルの少なくとも一方が、請求項1〜4のいずれか一項に記載された共鳴コイルである
ことを特徴とする非接触電力伝送装置。 In a non-contact power transmission apparatus having a transmission resonance coil that transmits power by a resonance phenomenon, and a reception resonance coil that receives power transmitted from the transmission resonance coil,
5. The contactless power transmission device according to claim 1, wherein at least one of the transmission resonance coil and the reception resonance coil is the resonance coil according to claim 1.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010283665A JP5595894B2 (en) | 2010-12-20 | 2010-12-20 | Resonant coil and non-contact power transmission device having the same |
PCT/JP2011/078843 WO2012086473A1 (en) | 2010-12-20 | 2011-12-07 | Resonance coil and contactless power transmission system incorporating the same resonance coil |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010283665A JP5595894B2 (en) | 2010-12-20 | 2010-12-20 | Resonant coil and non-contact power transmission device having the same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012134249A JP2012134249A (en) | 2012-07-12 |
JP5595894B2 true JP5595894B2 (en) | 2014-09-24 |
Family
ID=46649524
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010283665A Active JP5595894B2 (en) | 2010-12-20 | 2010-12-20 | Resonant coil and non-contact power transmission device having the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5595894B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109637795A (en) * | 2019-01-21 | 2019-04-16 | 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 | Contactless power supply system transmitting terminal and its unit, vehicle |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3703434B2 (en) * | 2002-02-05 | 2005-10-05 | 株式会社アイキューフォー | High voltage pulse transformer |
JP4795427B2 (en) * | 2006-03-13 | 2011-10-19 | 三菱電機株式会社 | High voltage generation transformer for discharge lamp lighting device |
JP2007281131A (en) * | 2006-04-05 | 2007-10-25 | Toshiba Corp | Resin-molded coil |
JP4947426B2 (en) * | 2007-10-15 | 2012-06-06 | 独立行政法人理化学研究所 | Pulse transformer |
JP2010073885A (en) * | 2008-09-18 | 2010-04-02 | Toyota Motor Corp | Resonance coil and non-contact feeding system |
JP4759610B2 (en) * | 2008-12-01 | 2011-08-31 | 株式会社豊田自動織機 | Non-contact power transmission device |
-
2010
- 2010-12-20 JP JP2010283665A patent/JP5595894B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2012134249A (en) | 2012-07-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102167688B1 (en) | Receiving coil for wireless chargement of electric vehicle and wireless power receiving apparatus using the same | |
US9431166B2 (en) | Inductor and method of manufacturing the same | |
JP5405694B1 (en) | Power transmission device, electronic device and wireless power transmission system | |
JP2011258807A (en) | Non-contact power feeding device | |
EP2927917B1 (en) | Power receiving device and power transmission device | |
JP2013219210A (en) | Non-contact power transmission device | |
JP2010173503A (en) | Non-contact power supply device | |
JP5490385B2 (en) | Non-contact power feeding device | |
WO2015040650A1 (en) | Contactless power transmission device | |
JPWO2018092392A1 (en) | Electronic component, power supply device, and method of manufacturing coil | |
WO2013099221A1 (en) | Non-contact charging device | |
WO2013150785A1 (en) | Coil unit, and power transmission device equipped with coil unit | |
JP5888542B2 (en) | Resonance coil holding member, resonance coil unit, and non-contact power transmission device | |
JP5595894B2 (en) | Resonant coil and non-contact power transmission device having the same | |
JP5595893B2 (en) | Resonant coil and non-contact power transmission device having the same | |
JP7447457B2 (en) | Contactless power supply system | |
JP2013214613A (en) | Coil unit and power transmission device having coil unit | |
JP2011229202A (en) | Wireless power transmission coil | |
WO2012086473A1 (en) | Resonance coil and contactless power transmission system incorporating the same resonance coil | |
JP2014116543A (en) | Antenna and wireless power supply device | |
JP2015099847A (en) | Coil unit and non-contact power transmission device | |
JP2014176133A (en) | Power feeding section, power reception section, and power feeding system | |
JP5888541B2 (en) | Resonance coil holding member, resonance coil unit, and non-contact power transmission device | |
JP5595895B2 (en) | Resonant coil and non-contact power transmission device having the same | |
CN110391696A (en) | Method and apparatus for carrying out wireless charging to energy storage in fixation or mobile subscriber |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20131114 |
|
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: 20140708 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140806 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5595894 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |