JP5625263B2 - Coil unit, non-contact power transmission device, non-contact power supply system, and electric vehicle - Google Patents

Coil unit, non-contact power transmission device, non-contact power supply system, and electric vehicle Download PDF

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Description

本発明は、コイルユニット、非接触電力伝送装置、非接触給電システムおよび電動車両に関し、より特定的には、電力の伝送効率を向上するための自己共振コイルの形状に関する。   The present invention relates to a coil unit, a non-contact power transmission device, a non-contact power feeding system, and an electric vehicle, and more particularly to a shape of a self-resonant coil for improving power transmission efficiency.

環境に配慮した車両として、電気自動車やハイブリッド車などの電動車両が大きく注目されている。これらの車両は、走行駆動力を発生する電動機と、その電動機に供給される電力を蓄える再充電可能な蓄電装置とを搭載する。なお、ハイブリッド車には、電動機とともに内燃機関をさらに動力源として搭載した車両や、車両駆動用の直流電源として蓄電装置とともに燃料電池をさらに搭載した車両等が含まれる。   As environmentally friendly vehicles, electric vehicles such as electric vehicles and hybrid vehicles have attracted a great deal of attention. These vehicles are equipped with an electric motor that generates driving force and a rechargeable power storage device that stores electric power supplied to the electric motor. Note that the hybrid vehicle includes a vehicle in which an internal combustion engine is further mounted as a power source together with an electric motor, and a vehicle in which a fuel cell is further mounted together with a power storage device as a DC power source for driving the vehicle.

ハイブリッド車においても、電気自動車と同様に、車両外部の電源から車載の蓄電装置を充電可能な車両が知られている。たとえば、家屋に設けられた電源コンセントと車両に設けられた充電口とを充電ケーブルで接続することにより、一般家庭の電源から蓄電装置を充電可能ないわゆる「プラグイン・ハイブリッド車」が知られている。   As in the case of an electric vehicle, a hybrid vehicle is known that can charge an in-vehicle power storage device from a power source outside the vehicle. For example, a so-called “plug-in hybrid vehicle” that can charge a power storage device from a general household power supply by connecting a power outlet provided in a house and a charging port provided in the vehicle with a charging cable is known. Yes.

一方、送電方法として、電源コードや送電ケーブルを用いないワイヤレス送電が近年注目されている。このワイヤレス送電技術としては、有力なものとして、電磁誘導を用いた送電、電磁波を用いた送電、および共鳴法による送電の3つの技術が知られている。   On the other hand, as a power transmission method, wireless power transmission that does not use a power cord or a power transmission cable has recently attracted attention. As this wireless power transmission technology, three technologies known as power transmission using electromagnetic induction, power transmission using electromagnetic waves, and power transmission using a resonance method are known.

このうち、共鳴法は、一対の共鳴器(たとえば一対の自己共振コイル)を電磁場(近接場)において共鳴させ、電磁場を介して送電する非接触の送電技術であり、数kWの大電力を比較的長距離(たとえば数m)送電することも可能である(特許文献1)。   Among them, the resonance method is a non-contact power transmission technique in which a pair of resonators (for example, a pair of self-resonant coils) are resonated in an electromagnetic field (near field) and transmitted through the electromagnetic field. It is also possible to transmit power over a long distance (for example, several meters) (Patent Document 1).

国際公開第2007/008646号パンフレットInternational Publication No. 2007/008646 Pamphlet

上記共鳴法が採用された非接触送電装置および受電装置は、電磁場を介して電力を伝送する自己共振コイルを備えている。この自己共振コイルはコイル材を巻回して作られるが、このコイル材の断面形状は円形形状とされる場合がある。また、自己共振コイルは、自己共振コイルに電力を入力または出力するための電磁誘導コイルと共通の部材により製作される場合があり、その場合は、コイル材の断面形状が同じとなる。   A contactless power transmission device and a power reception device that employ the resonance method include a self-resonant coil that transmits electric power through an electromagnetic field. The self-resonant coil is made by winding a coil material, and the cross-sectional shape of the coil material may be a circular shape. In some cases, the self-resonant coil is manufactured by a member common to the electromagnetic induction coil for inputting or outputting electric power to the self-resonant coil. In this case, the cross-sectional shape of the coil material is the same.

共鳴法により電力を伝送する場合、自己共振コイルには高周波の電流が流れる。ここで、高周波の電流がコイル内を流れる際、電流密度はコイルの表面で高く、表面から離れると低くなること(いわゆる表皮効果)が知られている。そのため、コイル内を流れる電流が高周波の場合、直流や低周波の場合と比較して、実質的なコイルの電気抵抗が大きくなってしまうことになる。   When power is transmitted by the resonance method, a high-frequency current flows through the self-resonant coil. Here, it is known that when a high-frequency current flows in the coil, the current density is high on the surface of the coil and becomes low as it leaves the surface (so-called skin effect). Therefore, when the current flowing in the coil is high frequency, the substantial electric resistance of the coil is increased as compared with the case of direct current or low frequency.

特に、共鳴法による送電および受電の際には、自己共振コイルには、電磁誘導コイルにより給電された電力が自己共振コイルのインダクタンスおよび容量成分に蓄えられて共振するため、電磁誘導コイルよりも大きな電流が流れる。そのため、コイルの電気抵抗が大きいと、抵抗による発熱のためにエネルギー損失が大きくなり、伝送効率の低下を招いてしまう。   In particular, when power is transmitted and received by the resonance method, the power supplied to the self-resonant coil is stored in the inductance and capacitance components of the self-resonant coil and resonates. Therefore, the self-resonant coil is larger than the electromagnetic induction coil. Current flows. Therefore, if the electric resistance of the coil is large, energy loss increases due to heat generated by the resistance, leading to a decrease in transmission efficiency.

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、その目的は、共鳴法による電力の伝送において、伝送効率を向上させることである。   The present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to improve transmission efficiency in power transmission by the resonance method.

本発明によるコイルユニットは、対向配置される第1の自己共振コイルとの電磁共鳴によって、電力の送電および受電の少なくともいずれか一方を行なうためのコイルユニットであって、第2の自己共振コイルと、電磁誘導コイルとを備える。第2の自己共振コイルは、第1の自己共振コイルと電磁共鳴を行なう。電磁誘導コイルは、電磁誘導により、第2の自己共振コイルとの間で送電および受電の少なくともいずれか一方が可能に構成される。そして、第2の自己共振コイルは、単位長さあたりの電気抵抗が電磁誘導コイルよりも小さいコイルである。   A coil unit according to the present invention is a coil unit for performing at least one of power transmission and power reception by electromagnetic resonance with a first self-resonant coil arranged opposite to the first self-resonant coil, And an electromagnetic induction coil. The second self-resonant coil performs electromagnetic resonance with the first self-resonant coil. The electromagnetic induction coil is configured to be capable of at least one of power transmission and power reception with the second self-resonant coil by electromagnetic induction. The second self-resonant coil is a coil whose electric resistance per unit length is smaller than that of the electromagnetic induction coil.

このコイルユニットによれば、単位長さあたりの電気抵抗が電磁誘導コイルよりも小さくなるので、電磁誘導コイルと同一断面形状の部材とした場合(すなわち、単位長さあたりの電気抵抗が同じ場合)と比較して、共振の際に自己共振コイル内を流れる電流による発熱を低減することができる。その結果、電力の伝送の際のエネルギー損失が低減できるので、伝送効率を向上させることができる。   According to this coil unit, since the electrical resistance per unit length is smaller than that of the electromagnetic induction coil, when the member has the same cross-sectional shape as the electromagnetic induction coil (that is, when the electrical resistance per unit length is the same) Compared with, heat generation due to current flowing in the self-resonant coil during resonance can be reduced. As a result, energy loss during power transmission can be reduced, and transmission efficiency can be improved.

好ましくは、第2の自己共振コイルおよび電磁誘導コイルは、コイル材が巻回された形状を有する。そして、第2の自己共振コイルは、第2の自己共振コイルのコイル材の断面におけるコイル材表面部分の長さが、電磁誘導コイルのコイル材の断面におけるコイル材表面部分の長さよりも長いコイルである。   Preferably, the second self-resonant coil and the electromagnetic induction coil have a shape in which a coil material is wound. The second self-resonant coil is a coil in which the length of the coil material surface portion in the cross section of the coil material of the second self-resonant coil is longer than the length of the coil material surface portion in the cross section of the coil material of the electromagnetic induction coil. It is.

このような構成とすることで、自己共振コイルの表面積を増加することができる。共鳴法においては、コイル内を流れる電流は高周波となるので、表皮効果のためにコイル表面付近にのみ電流が流れる。そのため、コイルの表面積を増加することで、多くの電流を流す(すなわち実質的な電気抵抗を小さくする)ことができる。その結果、電力の伝送の際のエネルギー損失を低減できるので、伝送効率を向上させることができる。   With such a configuration, the surface area of the self-resonant coil can be increased. In the resonance method, the current flowing in the coil becomes a high frequency, so that the current flows only near the coil surface due to the skin effect. Therefore, by increasing the surface area of the coil, a large amount of current can flow (that is, the substantial electrical resistance can be reduced). As a result, energy loss during power transmission can be reduced, and transmission efficiency can be improved.

また好ましくは、第2の自己共振コイルは、第2の自己共振コイルのコイル材の断面形状の第1の方向の長さが、断面形状における第1の方向に対して垂直な第2の方向の長さよりも長いコイルである。   Preferably, the second self-resonant coil has a second direction in which the length in the first direction of the cross-sectional shape of the coil material of the second self-resonant coil is perpendicular to the first direction in the cross-sectional shape. It is a coil longer than the length of.

このような構成とすることで、コイルの断面形状を扁平化することができる。その結果、コイル表面からコイル中心部までの距離を短くできるので、コイルで発生する熱の放熱が容易となり、コイルの冷却性能を向上することができる。   By setting it as such a structure, the cross-sectional shape of a coil can be flattened. As a result, since the distance from the coil surface to the coil center portion can be shortened, the heat generated in the coil can be easily dissipated, and the cooling performance of the coil can be improved.

あるいは好ましくは、第2の自己共振コイルのコイル材は、複数の線状導体により構成される。   Alternatively, preferably, the coil material of the second self-resonant coil is constituted by a plurality of linear conductors.

このような構成とすることで、自己共振コイルの表面積を増加することができるので、電力の伝送の際の伝送効率を向上させることができる。   With such a configuration, the surface area of the self-resonant coil can be increased, so that the transmission efficiency during power transmission can be improved.

本発明による非接触電力伝送装置は、上記のコイルユニットを含み、電磁共鳴によって電力の送電および受電の少なくともいずれか一方を行なう。   A non-contact power transmission device according to the present invention includes the coil unit described above, and performs at least one of power transmission and reception by electromagnetic resonance.

本発明による非接触給電システムは、送電装置および受電装置の少なくともいずれか一方に、上記の非接触電力伝送装置を含み、電磁共鳴によって電源からの電力を送電装置から受電装置へ伝送する。   A non-contact power feeding system according to the present invention includes the above-described non-contact power transmission device in at least one of a power transmission device and a power reception device, and transmits power from a power source to the power reception device by electromagnetic resonance.

本発明による電動車両は、自己共振コイルと、電磁誘導コイルと、整流器と、電気駆動装置とを備える。自己共振コイルは、車両外部に設けられた送電装置との電磁共鳴により非接触で電力を受電する。電磁誘導コイルは、電磁誘導により自己共振コイルから電力の出力が可能に構成される。整流器は、電磁誘導コイルから電力を受けて整流するように構成される。電気駆動装置は、整流器によって整流された電力を受けて車両駆動力を発生するように構成される。そして、自己共振コイルは、単位長さあたりの電気抵抗が電磁誘導コイルよりも小さいコイルである。   The electric vehicle according to the present invention includes a self-resonant coil, an electromagnetic induction coil, a rectifier, and an electric drive device. The self-resonant coil receives power in a non-contact manner by electromagnetic resonance with a power transmission device provided outside the vehicle. The electromagnetic induction coil is configured such that electric power can be output from the self-resonant coil by electromagnetic induction. The rectifier is configured to receive power from the electromagnetic induction coil and rectify. The electric drive device is configured to receive the electric power rectified by the rectifier and generate a vehicle driving force. The self-resonant coil is a coil whose electric resistance per unit length is smaller than that of the electromagnetic induction coil.

好ましくは、自己共振コイルおよび電磁誘導コイルは、コイル材が巻回された形状を有する。そして、自己共振コイルは、自己共振コイルのコイル材の断面におけるコイル材表面部分の長さが、電磁誘導コイルのコイル材の断面におけるコイル材表面部分の長さよりも長いコイルである。   Preferably, the self-resonant coil and the electromagnetic induction coil have a shape in which a coil material is wound. The self-resonant coil is a coil in which the length of the coil material surface portion in the cross-section of the coil material of the self-resonant coil is longer than the length of the coil material surface portion in the cross-section of the coil material of the electromagnetic induction coil.

また好ましくは、自己共振コイルは、自己共振コイルのコイル材の断面形状の第1の方向の長さが、断面形状における第1の方向に対して垂直な第2の方向の長さよりも長いコイルである。   Preferably, the self-resonant coil is a coil in which a length in a first direction of a cross-sectional shape of a coil material of the self-resonant coil is longer than a length in a second direction perpendicular to the first direction in the cross-sectional shape. It is.

あるいは好ましくは、自己共振コイルのコイル材は、複数の線状導体により構成される。   Alternatively, preferably, the coil material of the self-resonant coil is constituted by a plurality of linear conductors.

この発明によれば、共鳴法による電力の伝送において、伝送効率を向上させることができる。   According to the present invention, the transmission efficiency can be improved in the transmission of power by the resonance method.

本発明の実施の形態に従う非接触給電システムの全体構成図である。It is a whole lineblock diagram of the non-contact electric supply system according to an embodiment of the invention. 共鳴法による送電の原理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the principle of the power transmission by the resonance method. 電流源(磁流源)からの距離と電磁界の強度との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the distance from an electric current source (magnetic current source), and the intensity | strength of an electromagnetic field. 表皮効果による表皮深さを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the skin depth by a skin effect. 検討例(本実施の形態に該当しない場合)の自己共振コイル形状の例である。It is an example of the self-resonant coil shape of the example of examination (when not corresponding to this Embodiment). 本実施の形態によるコイルユニットの概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the coil unit by this Embodiment. 自己共振コイルのコイル材の断面形状を示す断面図の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of sectional drawing which shows the cross-sectional shape of the coil material of a self-resonance coil. 自己共振コイルのコイル材の断面形状の第1の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 1st modification of the cross-sectional shape of the coil material of a self-resonant coil. 自己共振コイルのコイル材の断面形状の第2の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 2nd modification of the cross-sectional shape of the coil material of a self-resonant coil. 自己共振コイルのコイル材の断面形状の第3の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 3rd modification of the cross-sectional shape of the coil material of a self-resonant coil. 自己共振コイルのコイル材の断面形状の第4の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 4th modification of the cross-sectional shape of the coil material of a self-resonant coil. 自己共振コイルのコイル材の断面形状の第5の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 5th modification of the cross-sectional shape of the coil material of a self-resonant coil. 自己共振コイルのコイル材の断面形状の第6の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 6th modification of the cross-sectional shape of the coil material of a self-resonance coil.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.

図1は、本発明の実施の形態に従う非接触給電システムの全体構成図である。図1を参照して、非接触給電システムは、電動車両100と、給電装置200とを備える。電動車両100は、二次自己共振コイル110と、二次電磁誘導コイル120と、整流器130と、DC/DCコンバータ140と、蓄電装置150とを含む。また、電動車両100は、パワーコントロールユニット(以下「PCU(Power Control Unit)」とも称する。)160と、モータ170と、車両ECU(Electronic Control Unit)180とをさらに含む。   FIG. 1 is an overall configuration diagram of a non-contact power feeding system according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the non-contact power feeding system includes an electric vehicle 100 and a power feeding device 200. Electric vehicle 100 includes a secondary self-resonant coil 110, a secondary electromagnetic induction coil 120, a rectifier 130, a DC / DC converter 140, and a power storage device 150. Electric vehicle 100 further includes a power control unit (hereinafter also referred to as “PCU (Power Control Unit)”) 160, a motor 170, and a vehicle ECU (Electronic Control Unit) 180.

なお、電動車両100の構成は、モータにより駆動される車両であれば、図1に示される構成に限らない。たとえば、モータと内燃機関とを備えるハイブリッド車両や、燃料電池を備える燃料電池自動車などを含む。   The configuration of the electric vehicle 100 is not limited to the configuration shown in FIG. 1 as long as the vehicle is driven by a motor. For example, a hybrid vehicle including a motor and an internal combustion engine, a fuel cell vehicle including a fuel cell, and the like are included.

二次自己共振コイル110は、たとえば車体下部に配設される。二次自己共振コイル110は、両端がオープン(非接続)のLC共振コイルであり、給電装置200の一次自己共振コイル240(後述)と電磁場を介して共鳴することにより給電装置200から電力を受電する。なお、二次自己共振コイル110の容量成分は、コイルの浮遊容量であるが、所定の浮遊容量を得るために別途コンデンサ(図示せず)をコイルの両端に接続してもよい。   Secondary self-resonant coil 110 is disposed, for example, at the bottom of the vehicle body. The secondary self-resonant coil 110 is an LC resonant coil whose both ends are open (not connected), and receives power from the power feeder 200 by resonating with a primary self-resonant coil 240 (described later) of the power feeder 200 via an electromagnetic field. To do. Note that the capacitance component of the secondary self-resonant coil 110 is the stray capacitance of the coil, but a separate capacitor (not shown) may be connected to both ends of the coil in order to obtain a predetermined stray capacitance.

二次自己共振コイル110は、給電装置200の一次自己共振コイル240との距離や、一次自己共振コイル240および二次自己共振コイル110の共鳴周波数等に基づいて、一次自己共振コイル240と二次自己共振コイル110との共鳴強度を示すQ値(たと
えば、Q>100)およびその結合度を示すκ等が大きくなるようにその巻数が適宜設定される。
The secondary self-resonant coil 110 and the secondary self-resonant coil 240 are connected to the primary self-resonant coil 240 and the secondary self-resonant coil 240 based on the distance from the primary self-resonant coil 240 and the resonance frequency of the primary self-resonant coil 240 and the secondary self-resonant coil 110. The number of turns is appropriately set so that the Q value (for example, Q> 100) indicating the resonance intensity with the self-resonant coil 110 and κ indicating the degree of coupling increase.

二次電磁誘導コイル120は、二次自己共振コイル110と同軸上に配設され、電磁誘導により二次自己共振コイル110と磁気的に結合可能である。この二次電磁誘導コイル120は、二次自己共振コイル110により受電された電力を電磁誘導により取出して整流器130へ出力する。   The secondary electromagnetic induction coil 120 is disposed coaxially with the secondary self-resonant coil 110 and can be magnetically coupled to the secondary self-resonant coil 110 by electromagnetic induction. The secondary electromagnetic induction coil 120 takes out the electric power received by the secondary self-resonant coil 110 by electromagnetic induction and outputs it to the rectifier 130.

整流器130は、二次電磁誘導コイル120によって取出された交流電力を整流する。DC/DCコンバータ140は、車両ECU180からの制御信号に基づいて、整流器130によって整流された電力を蓄電装置150の電圧レベルに変換して蓄電装置150へ出力する。なお、車両の走行中に給電装置200から受電する場合には、DC/DCコンバータ140は、整流器130によって整流された電力をシステム電圧に変換してPCU160へ直接供給してもよい。また、DC/DCコンバータ140は、必ずしも必要ではなく、二次電磁誘導コイル120によって取出された交流電力が整流器130によって整流された後に直接蓄電装置150に与えられるようにしてもよい。   The rectifier 130 rectifies the AC power extracted by the secondary electromagnetic induction coil 120. DC / DC converter 140 converts the power rectified by rectifier 130 into a voltage level of power storage device 150 based on a control signal from vehicle ECU 180 and outputs the voltage to power storage device 150. Note that when receiving power from the power supply apparatus 200 while the vehicle is running, the DC / DC converter 140 may convert the power rectified by the rectifier 130 into a system voltage and directly supply it to the PCU 160. The DC / DC converter 140 is not necessarily required, and the AC power extracted by the secondary electromagnetic induction coil 120 may be directly supplied to the power storage device 150 after being rectified by the rectifier 130.

蓄電装置150は、再充電可能な直流電源であり、たとえばリチウムイオンやニッケル水素などの二次電池から成る。蓄電装置150は、DC/DCコンバータ140から供給される電力を蓄えるほか、モータ170によって発電される回生電力も蓄える。そして、蓄電装置150は、その蓄えた電力をPCU160へ供給する。なお、蓄電装置150として大容量のキャパシタも採用可能であり、給電装置200から供給される電力やモータ170からの回生電力を一時的に蓄え、その蓄えた電力をPCU160へ供給可能な電力バッファであれば如何なるものでもよい。   The power storage device 150 is a rechargeable DC power source, and is composed of, for example, a secondary battery such as lithium ion or nickel metal hydride. The power storage device 150 stores power supplied from the DC / DC converter 140 and also stores regenerative power generated by the motor 170. Then, power storage device 150 supplies the stored power to PCU 160. Note that a large-capacity capacitor can also be used as the power storage device 150, and is a power buffer that can temporarily store the power supplied from the power supply device 200 and the regenerative power from the motor 170 and supply the stored power to the PCU 160. Anything is acceptable.

PCU160は、蓄電装置150から出力される電力、あるいはDC/DCコンバータ140から直接供給される電力によってモータ170を駆動する。また、PCU160は、モータ170により発電された回生電力を整流して蓄電装置150へ出力し、蓄電装置150を充電する。モータ170は、PCU160によって駆動され、車両駆動力を発生して駆動輪へ出力する。また、モータ170は、駆動輪や、ハイブリッド車両の場合には図示されないエンジンから受ける運動エネルギーによって発電し、その発電した回生電力をPCU160へ出力する。   PCU 160 drives motor 170 with power output from power storage device 150 or power directly supplied from DC / DC converter 140. PCU 160 also rectifies the regenerative power generated by motor 170 and outputs the rectified power to power storage device 150 to charge power storage device 150. The motor 170 is driven by the PCU 160 to generate a vehicle driving force and output it to driving wheels. Motor 170 generates power using kinetic energy received from an engine (not shown) in the case of drive wheels or a hybrid vehicle, and outputs the generated regenerative power to PCU 160.

車両ECU180は、給電装置200から電動車両100への給電時、DC/DCコンバータ140を制御する。車両ECU180は、たとえば、DC/DCコンバータ140を制御することによって、整流器130とDC/DCコンバータ140との間の電圧を所定の目標電圧に制御する。また、車両ECU180は、車両の走行時、車両の走行状況や蓄電装置150の充電状態(「SOC(State Of Charge)」とも称される。)に基づいてPCU160を制御する。   Vehicle ECU 180 controls DC / DC converter 140 when power is supplied from power supply apparatus 200 to electric vehicle 100. The vehicle ECU 180 controls the voltage between the rectifier 130 and the DC / DC converter 140 to a predetermined target voltage by controlling the DC / DC converter 140, for example. In addition, vehicle ECU 180 controls PCU 160 based on the traveling state of the vehicle and the state of charge of power storage device 150 (also referred to as “SOC (State Of Charge)”) when the vehicle is traveling.

一方、給電装置200は、交流電源210と、高周波電力ドライバ220と、一次電磁誘導コイル230と、一次自己共振コイル240とを含む。   On the other hand, power supply device 200 includes an AC power supply 210, a high-frequency power driver 220, a primary electromagnetic induction coil 230, and a primary self-resonant coil 240.

交流電源210は、車両外部の電源であり、たとえば系統電源である。高周波電力ドライバ220は、交流電源210から受ける電力を高周波の電力に変換し、その変換した高周波電力を一次電磁誘導コイル230へ供給する。なお、高周波電力ドライバ220が生成する高周波電力の周波数は、たとえば1M〜数十MHzである。   AC power supply 210 is a power supply external to the vehicle, for example, a system power supply. The high frequency power driver 220 converts the power received from the AC power source 210 into high frequency power, and supplies the converted high frequency power to the primary electromagnetic induction coil 230. Note that the frequency of the high-frequency power generated by the high-frequency power driver 220 is, for example, 1 M to several tens of MHz.

一次電磁誘導コイル230は、一次自己共振コイル240と同軸上に配設され、電磁誘導により一次自己共振コイル240と磁気的に結合可能である。そして、一次電磁誘導コイル230は、高周波電力ドライバ220から供給される高周波電力を電磁誘導により一次自己共振コイル240へ給電する。   Primary electromagnetic induction coil 230 is arranged coaxially with primary self-resonant coil 240 and can be magnetically coupled to primary self-resonant coil 240 by electromagnetic induction. The primary electromagnetic induction coil 230 supplies the high-frequency power supplied from the high-frequency power driver 220 to the primary self-resonant coil 240 by electromagnetic induction.

一次自己共振コイル240は、たとえば地面近傍に配設される。一次自己共振コイル240も、両端がオープン(非接続)のLC共振コイルであり、電動車両100の二次自己共振コイル110と電磁場を介して共鳴することにより電動車両100へ電力を送電する。なお、一次自己共振コイル240の容量成分も、コイルの浮遊容量であるが、二次自己共振コイル110と同様に別途コンデンサ(図示せず)をコイルの両端に接続してもよい。   Primary self-resonant coil 240 is disposed near the ground, for example. The primary self-resonant coil 240 is also an LC resonant coil whose both ends are open (not connected), and transmits electric power to the electric vehicle 100 by resonating with the secondary self-resonant coil 110 of the electric vehicle 100 via an electromagnetic field. The capacitance component of the primary self-resonant coil 240 is also a stray capacitance of the coil, but a capacitor (not shown) may be separately connected to both ends of the coil as in the secondary self-resonant coil 110.

この一次自己共振コイル240も、電動車両100の二次自己共振コイル110との距離や、一次自己共振コイル240および二次自己共振コイル110の共鳴周波数等に基づいて、Q値(たとえば、Q>100)および結合度κ等が大きくなるようにその巻数が適宜設定される。   The primary self-resonant coil 240 also has a Q value (for example, Q> based on the distance from the secondary self-resonant coil 110 of the electric vehicle 100, the resonance frequency of the primary self-resonant coil 240 and the secondary self-resonant coil 110, etc. 100), and the number of turns is appropriately set so that the degree of coupling κ and the like are increased.

図2は、共鳴法による送電の原理を説明するための図である。図2を参照して、この共鳴法では、2つの音叉が共鳴するのと同様に、同じ固有振動数を有する2つのLC共振コイルが電磁場(近接場)において共鳴することによって、一方のコイルから他方のコイルへ電磁場を介して電力が伝送される。   FIG. 2 is a diagram for explaining the principle of power transmission by the resonance method. Referring to FIG. 2, in this resonance method, in the same way as two tuning forks resonate, two LC resonance coils having the same natural frequency resonate in an electromagnetic field (near field), and thereby, from one coil. Electric power is transmitted to the other coil via an electromagnetic field.

具体的には、高周波電源310に一次電磁誘導コイル320を接続し、電磁誘導により一次電磁誘導コイル320と磁気的に結合される一次自己共振コイル330へ、1M〜数十MHzの高周波電力を給電する。一次自己共振コイル330は、コイル自身のインダクタンスと浮遊容量(コイルにコンデンサが接続される場合には、コンデンサの容量を含む)とによるLC共振器であり、一次自己共振コイル330と同じ共振周波数を有する二次自己共振コイル340と電磁場(近接場)を介して共鳴する。そうすると、一次自己共振コイル330から二次自己共振コイル340へ電磁場を介してエネルギー(電力)が移動する。二次自己共振コイル340へ移動したエネルギー(電力)は、電磁誘導により二次自己共振コイル340と磁気的に結合される二次電磁誘導コイル350によって取出され、負荷360へ供給される。なお、共鳴法による送電は、一次自己共振コイル330と二次自己共振コイル340との共鳴強度を示すQ値がたとえば100よりも大きいときに実現される。   Specifically, a primary electromagnetic induction coil 320 is connected to a high frequency power supply 310, and high frequency power of 1 M to several tens of MHz is fed to a primary self-resonant coil 330 that is magnetically coupled to the primary electromagnetic induction coil 320 by electromagnetic induction. To do. The primary self-resonant coil 330 is an LC resonator based on the inductance of the coil itself and stray capacitance (including the capacitance of the capacitor when a capacitor is connected to the coil), and has the same resonance frequency as that of the primary self-resonant coil 330. Resonates with the secondary self-resonant coil 340 having an electromagnetic field (near field). Then, energy (electric power) moves from the primary self-resonant coil 330 to the secondary self-resonant coil 340 via the electromagnetic field. The energy (electric power) moved to the secondary self-resonant coil 340 is taken out by the secondary electromagnetic induction coil 350 that is magnetically coupled to the secondary self-resonant coil 340 by electromagnetic induction and supplied to the load 360. Note that power transmission by the resonance method is realized when the Q value indicating the resonance intensity between the primary self-resonant coil 330 and the secondary self-resonant coil 340 is greater than 100, for example.

なお、図1との対応関係について説明すると、図1の交流電源210および高周波電力ドライバ220は、図2の高周波電源310に相当する。また、図1の一次電磁誘導コイル230および一次自己共振コイル240は、それぞれ図2の一次電磁誘導コイル320および一次自己共振コイル330に相当し、図1の二次自己共振コイル110および二次電磁誘導コイル120は、それぞれ図2の二次自己共振コイル340および二次電磁誘導コイル350に相当する。そして、図1の整流器130以降が負荷360として総括的に示されている。   1 will be described. The AC power supply 210 and the high-frequency power driver 220 in FIG. 1 correspond to the high-frequency power supply 310 in FIG. Further, the primary electromagnetic induction coil 230 and the primary self-resonant coil 240 in FIG. 1 correspond to the primary electromagnetic induction coil 320 and the primary self-resonant coil 330 in FIG. 2, respectively, and the secondary self-resonant coil 110 and the secondary electromagnetic in FIG. Induction coil 120 corresponds to secondary self-resonant coil 340 and secondary electromagnetic induction coil 350 in FIG. In addition, the rectifier 130 and the subsequent parts in FIG.

図3は、電流源(磁流源)からの距離と電磁界の強度との関係を示した図である。図3を参照して、電磁界は3つの成分から成る。曲線k1は、波源からの距離に反比例した成分であり、「輻射電磁界」と称される。曲線k2は、波源からの距離の2乗に反比例した成分であり、「誘導電磁界」と称される。また、曲線k3は、波源からの距離の3乗に反比例した成分であり、「静電磁界」と称される。   FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the distance from the current source (magnetic current source) and the intensity of the electromagnetic field. Referring to FIG. 3, the electromagnetic field is composed of three components. The curve k1 is a component that is inversely proportional to the distance from the wave source, and is referred to as a “radiated electromagnetic field”. A curve k2 is a component inversely proportional to the square of the distance from the wave source, and is referred to as an “induction electromagnetic field”. The curve k3 is a component inversely proportional to the cube of the distance from the wave source, and is referred to as an “electrostatic magnetic field”.

「静電磁界」は、波源からの距離とともに急激に電磁波の強度が減少する領域であり、共鳴法では、この「静電磁界」が支配的な近接場(エバネッセント場)を利用してエネルギー(電力)の伝送が行なわれる。すなわち、「静電磁界」が支配的な近接場において、同じ固有振動数を有する一対の共鳴器(たとえば一対のLC共振コイル)を共鳴させることにより、一方の共鳴器(一次自己共振コイル)から他方の共鳴器(二次自己共振コイル)へエネルギー(電力)を伝送する。この「静電磁界」は遠方にエネルギーを伝播しないので、遠方までエネルギーを伝播する「輻射電磁界」によってエネルギー(電力)を伝送する電磁波に比べて、共鳴法は、より少ないエネルギー損失で送電することができる。   The “electrostatic magnetic field” is a region where the intensity of the electromagnetic wave suddenly decreases with the distance from the wave source. In the resonance method, the energy (using the near field (evanescent field) where this “electrostatic magnetic field” is dominant is used. Power) is transmitted. That is, by resonating a pair of resonators having the same natural frequency (for example, a pair of LC resonance coils) in a near field where the “electrostatic magnetic field” is dominant, from one resonator (primary self-resonance coil) Energy (electric power) is transmitted to the other resonator (secondary self-resonant coil). Since this "electrostatic magnetic field" does not propagate energy far away, the resonance method transmits power with less energy loss than electromagnetic waves that transmit energy (electric power) by "radiant electromagnetic field" that propagates energy far away. be able to.

共鳴法による電力の伝送においては、まず高周波電力ドライバ220から受ける電力が、一次電磁誘導コイル230から一次自己共振コイル240に電磁誘導によって伝送される。そして、一次自己共振コイル240は、コイル自身のインダクタンスおよび浮遊容量(コイルにコンデンサが接続される場合には、コンデンサの容量を含む)に、伝送された電力を蓄えるとともに、自己共振を行なうことで電磁場を発生する。   In power transmission by the resonance method, first, power received from the high-frequency power driver 220 is transmitted from the primary electromagnetic induction coil 230 to the primary self-resonant coil 240 by electromagnetic induction. The primary self-resonant coil 240 stores the transmitted power in the inductance and stray capacitance of the coil itself (including the capacitance of the capacitor when a capacitor is connected to the coil), and performs self-resonance. Generates an electromagnetic field.

一方、受電側では、一次自己共振コイル240が自己共振することにより発生した電磁場によって二次自己共振コイル110が共鳴し、二次自己共振コイル110も一次自己共振コイル240と同じ共振周波数で自己共振する。そして、二次電磁誘導コイル120は、二次自己共振コイル110が一次自己共振コイル240から受電した電力を、電磁誘導によって取出し、整流器130以降の負荷に電力を伝達する。なお、二次電磁誘導コイル120では、二次自己共振コイル110が有する共振エネルギー(電力)のうちの一部が取出される。   On the other hand, on the power receiving side, the secondary self-resonant coil 110 resonates due to the electromagnetic field generated by the self-resonant of the primary self-resonant coil 240, and the secondary self-resonant coil 110 also self-resonates at the same resonance frequency as the primary self-resonant coil 240. To do. The secondary electromagnetic induction coil 120 takes out the electric power received by the secondary self-resonant coil 110 from the primary self-resonant coil 240 by electromagnetic induction, and transmits the electric power to the load after the rectifier 130. In the secondary electromagnetic induction coil 120, a part of the resonance energy (electric power) of the secondary self-resonant coil 110 is extracted.

このとき、一次自己共振コイル240および二次自己共振コイル110(以下、総括して「自己共振コイル」とも称する。)において、自己共振により、エネルギー(電力)がインダクタンスと浮遊容量との間で交互に移動する際に、自己共振コイルに電流が流れる。そのため、コイル自身の電気抵抗による発熱によって、エネルギー損失が発生する。   At this time, in the primary self-resonant coil 240 and the secondary self-resonant coil 110 (hereinafter also collectively referred to as “self-resonant coil”), energy (electric power) alternates between inductance and stray capacitance due to self-resonance. When moving to, a current flows through the self-resonant coil. Therefore, energy loss occurs due to heat generated by the electrical resistance of the coil itself.

一次自己共振コイル240においては、上記のようにコイル自身のインダクタンスおよび浮遊容量に一次電磁誘導コイル230から伝送された電力(エネルギー)を蓄えるので、一次電磁誘導コイル230の電力よりも大きな電力を有している。そのため、たとえば一次電磁誘導コイル230および一次自己共振コイル240のコイル断面の寸法形状が同じ(単位長さあたりの電気抵抗が同じ)であれば、一次自己共振コイル240内を流れる電流は、一次電磁誘導コイル230内を流れる電流に比べて相対的に大きくなり、発熱によるエネルギー損失も大きくなる。なお、これは受電側における二次自己共振コイル110と二次電磁誘導コイル120についても同様である。すなわち、上述のように二次電磁誘導コイル120では、二次自己共振コイル110の有する電力の一部のみが取出されるため、二次自己共振コイル110の電力ほうが二次電磁誘導コイル120の電力よりも大きくなる。   Since the primary self-resonant coil 240 stores the power (energy) transmitted from the primary electromagnetic induction coil 230 in the inductance and stray capacitance of the coil itself as described above, the primary self-resonant coil 240 has a power larger than that of the primary electromagnetic induction coil 230. doing. Therefore, for example, if the dimensions and shapes of the primary electromagnetic induction coil 230 and the primary self-resonant coil 240 are the same (the same electrical resistance per unit length), the current flowing in the primary self-resonant coil 240 is the primary electromagnetic The current becomes relatively larger than the current flowing through the induction coil 230, and the energy loss due to heat generation also increases. This also applies to the secondary self-resonant coil 110 and the secondary electromagnetic induction coil 120 on the power receiving side. That is, as described above, in the secondary electromagnetic induction coil 120, only a part of the electric power of the secondary self-resonant coil 110 is taken out. Bigger than.

したがって、共鳴法による電力伝送において送電効率を向上させるためには、自己共振コイルが共振する際のコイル自身の抵抗成分によるエネルギー損失を低減することが重要となる。   Therefore, in order to improve power transmission efficiency in power transmission by the resonance method, it is important to reduce energy loss due to the resistance component of the coil itself when the self-resonant coil resonates.

なお、一次電磁誘導コイル230および二次電磁誘導コイル120(以下、総括して「電磁誘導コイル」とも称する。)については、給電側であれば外部電源に接続され、受電側(車両側)であれば負荷に接続される。そのため、電磁誘導コイルの両端は、電磁誘導コイルおよび自己共振コイルを収納するコイルケース(図示しない)から引き出されて、外部電源または負荷まで延長される。したがって、コイルケース外部でのコイル両端の取り回しが必要となるために、電磁誘導コイルの断面形状は複雑な形状とすることが困難である。すなわち、電磁誘導コイルの断面形状は、比較的シンプルな形状(たとえば円形や方形)とすることが必要である。このようにすることで、コイル材の製作および取り扱いが容易となる。   Note that the primary electromagnetic induction coil 230 and the secondary electromagnetic induction coil 120 (hereinafter also collectively referred to as “electromagnetic induction coil”) are connected to an external power source on the power supply side, and on the power reception side (vehicle side). Connect to load if present. Therefore, both ends of the electromagnetic induction coil are drawn from a coil case (not shown) that houses the electromagnetic induction coil and the self-resonant coil, and are extended to an external power source or a load. Therefore, since it is necessary to handle both ends of the coil outside the coil case, it is difficult to make the cross-sectional shape of the electromagnetic induction coil complicated. That is, the cross-sectional shape of the electromagnetic induction coil needs to be a relatively simple shape (for example, a circle or a square). By doing in this way, manufacture and handling of a coil material become easy.

そこで、本実施の形態では、自己共振コイルである一次自己共振コイル240および二次自己共振コイル110の単位長さあたりの電気抵抗を、電磁誘導コイルである一次電磁誘導コイル230および二次電磁誘導コイル120の単位長さあたりの電気抵抗に比べて小さくなるようにすることによって、電力伝送時のエネルギー損失を低減して送電効率の向上を図る。   Therefore, in the present embodiment, the electrical resistance per unit length of the primary self-resonant coil 240 and the secondary self-resonant coil 110 that are self-resonant coils is used as the primary electromagnetic induction coil 230 and the secondary electromagnetic induction that are electromagnetic induction coils. By making it smaller than the electrical resistance per unit length of the coil 120, energy loss during power transmission is reduced, and transmission efficiency is improved.

一般的に、導体に高周波電流が流れる場合には、導体の表面付近のみに密集して電流が流れ、導体中心部にはほとんど電流が流れない現象、いわゆる表皮効果が発生することが知られている。これは、導体に電流を流すとその直角方向に磁界が生じるが、この磁界の密度は導体の中心部ほど強く、その磁界による逆起電力によって電流の流れが阻止されてしまうためである。   In general, when a high-frequency current flows through a conductor, it is known that a current flows densely only near the surface of the conductor, and a so-called skin effect occurs in which almost no current flows in the center of the conductor. Yes. This is because when a current is passed through the conductor, a magnetic field is generated in a direction perpendicular to the conductor, but the density of the magnetic field is stronger at the center of the conductor and the current flow is blocked by the counter electromotive force generated by the magnetic field.

図4は、表皮効果による表皮深さを説明するための図である。表皮深さとは、導体内部を流れる電流が、導体の表面電流の1/e(約0.37)となる深さであり、表皮深さdは一般的に式(1)で表わされる。   FIG. 4 is a diagram for explaining the skin depth due to the skin effect. The skin depth is a depth at which the current flowing inside the conductor is 1 / e (about 0.37) of the surface current of the conductor, and the skin depth d is generally expressed by the equation (1).

d=(2ρ/ω・μ)1/2 ・・・ (1)
ρ:導体の抵抗率
ω:電流の角周波数(=2π×周波数f)
μ:導体の透磁率
図4の横軸は電流の周波数fを示し、縦軸は表皮深さdを示している。図4に示されるように、電流の周波数fが高くなるにしたがって、表皮深さdは指数的に減少する。すなわち、高周波の領域においては、実質的な導体の電気抵抗が増加することを意味している。
d = (2ρ / ω · μ) 1/2 (1)
ρ: Conductor resistivity ω: Angular frequency of current (= 2π × frequency f)
μ: Magnetic permeability of conductor The horizontal axis of FIG. 4 indicates the frequency f of the current, and the vertical axis indicates the skin depth d. As shown in FIG. 4, the skin depth d decreases exponentially as the frequency f of the current increases. That is, in the high frequency region, it means that the substantial electrical resistance of the conductor increases.

そのため、高周波で共振を行なう自己共振コイルにおいて、コイルの電気抵抗を低減するためには、直流や低周波の場合のように、単にコイル材のコイル径を大きくしてコイル材の断面積を増加させることが必ずしも効果的ではなく、コイルの表面積を増加させることが有効となる。   Therefore, in a self-resonant coil that resonates at a high frequency, in order to reduce the electrical resistance of the coil, simply increase the coil diameter of the coil material and increase the cross-sectional area of the coil material as in the case of direct current or low frequency. It is not always effective to increase the surface area of the coil.

ただし、コイルの表面積を増加させる場合に、たとえば図5に示すように、コイルにおける電流の流れ方向(コイル材の長手方向)に蛇腹状の突起を有するような形状とした場合には、コイルの表面積は増加するものの、電流の流れ方向に対してはコイル表面に沿った距離が増加してしまう。したがって、このような形状の場合には、かえって電気抵抗が増加する可能性がある。   However, when the surface area of the coil is increased, as shown in FIG. 5, for example, when the coil has a shape having a bellows-like protrusion in the current flow direction (longitudinal direction of the coil material), Although the surface area increases, the distance along the coil surface increases with respect to the direction of current flow. Therefore, in the case of such a shape, there is a possibility that the electrical resistance increases.

そのため、本実施の形態においては、自己共振コイルを形成しているコイル材の断面におけるコイル材表面部分の長さが、電磁誘導コイルを形成しているコイル材の断面におけるコイル材表面部分の長さよりも長くなるような断面形状とする。このようにすることにより、コイル表面に沿った電流が流れる方向の距離を増加させることなく、コイルの表面積を増加させることができる。その結果、電流が高周波である場合に、電磁誘導コイルの単位長さあたりの電気抵抗よりも、自己共振コイルの単位長さあたりの実質的な電気抵抗を小さくすることができる。   Therefore, in the present embodiment, the length of the coil material surface portion in the cross section of the coil material forming the self-resonant coil is equal to the length of the coil material surface portion in the cross section of the coil material forming the electromagnetic induction coil. The cross-sectional shape is longer than that. By doing so, the surface area of the coil can be increased without increasing the distance in the direction in which the current flows along the coil surface. As a result, when the current is high frequency, the substantial electrical resistance per unit length of the self-resonant coil can be made smaller than the electrical resistance per unit length of the electromagnetic induction coil.

図6には、本実施の形態におけるコイルユニット400の概要図が示される。図6を参照して、コイルユニット400は、電磁誘導コイル410と、自己共振コイル420と、ボビン430と、コンデンサ440とを含む。   FIG. 6 shows a schematic diagram of coil unit 400 in the present embodiment. Referring to FIG. 6, coil unit 400 includes an electromagnetic induction coil 410, a self-resonant coil 420, a bobbin 430, and a capacitor 440.

電磁誘導コイル410は、図1における、一次電磁誘導コイル230および二次電磁誘導コイル120に対応する。電磁誘導コイル410は、コイル材がボビン430周囲に巻回される。そして、自己共振コイル420と同軸上に配置される。電磁誘導コイル410の両端は、コイルユニット400を収納するコイルケース(図示しない)の外部に引き出されて外部電源もしくは負荷に接続される。そして、電磁誘導コイル410は、電磁誘導により、自己共振コイル420と電力の送電または受電を行なう。   The electromagnetic induction coil 410 corresponds to the primary electromagnetic induction coil 230 and the secondary electromagnetic induction coil 120 in FIG. The electromagnetic induction coil 410 has a coil material wound around the bobbin 430. Then, it is arranged coaxially with the self-resonant coil 420. Both ends of the electromagnetic induction coil 410 are pulled out of a coil case (not shown) that houses the coil unit 400 and connected to an external power source or a load. The electromagnetic induction coil 410 transmits or receives power with the self-resonant coil 420 by electromagnetic induction.

なお、電磁誘導コイル410は、コイルケース外部に引き出されるため、上述のように、コイル材の断面がたとえば中実円形のような形状とされる。   In addition, since the electromagnetic induction coil 410 is pulled out of the coil case, the cross section of the coil material is shaped like a solid circle, for example, as described above.

自己共振コイル420は、図1における、一次自己共振コイル240および二次自己共振コイル110に対応する。自己共振コイル420は、円筒状で絶縁性のボビン430周囲にコイル材が巻回されるように装着される。そして、自己共振コイル420のコイル両端は、ボビン430の内部に配設されたコンデンサ440に接続されることにより、LC共振回路を構成する。なお、コンデンサ440は必ずしも必要ではなく、自己共振コイル420の浮遊容量により所望の容量成分が実現される場合には、自己共振コイル420の両端は非接続(オープン)とされる。   Self-resonant coil 420 corresponds to primary self-resonant coil 240 and secondary self-resonant coil 110 in FIG. The self-resonant coil 420 is mounted so that a coil material is wound around a cylindrical and insulating bobbin 430. Then, both ends of the self-resonant coil 420 are connected to a capacitor 440 disposed inside the bobbin 430 to constitute an LC resonance circuit. Note that the capacitor 440 is not necessarily required. When a desired capacitance component is realized by the stray capacitance of the self-resonant coil 420, both ends of the self-resonant coil 420 are not connected (open).

そして、自己共振コイル420は、対向する他の自己共振コイルと電磁共鳴することにより送電または受電を行なう。また、電磁誘導コイル410と電磁誘導により受電または送電が行なわれる。   The self-resonant coil 420 performs power transmission or power reception by electromagnetic resonance with another opposing self-resonant coil. In addition, power is received or transmitted by the electromagnetic induction coil 410 and electromagnetic induction.

自己共振コイル420のコイル材の断面は、電磁誘導コイル410よりも表面積が大きくなるように、コイル材の断面におけるコイル材表面部分の長さが、電磁誘導コイルのコイル材の断面におけるコイル材表面部分の長さよりも長くされる。   The cross-section of the coil material of the self-resonant coil 420 is such that the length of the coil material surface portion in the cross-section of the coil material is larger than that of the electromagnetic induction coil 410. It is made longer than the length of the part.

以下、図7〜13において、自己共振コイル420のコイル材の断面形状の例を示す。
図7には、自己共振コイル420のコイル材の断面形状の例が示される。図7に示されるように、自己共振コイル420のコイル材の断面形状は、略O字形状すなわちコイルが中空のパイプのような形状となっている。
7 to 13 show examples of the cross-sectional shape of the coil material of the self-resonant coil 420.
FIG. 7 shows an example of the cross-sectional shape of the coil material of the self-resonant coil 420. As shown in FIG. 7, the cross-sectional shape of the coil material of the self-resonant coil 420 is substantially O-shaped, that is, a shape like a pipe with a hollow coil.

このとき、導体(コイル材)の肉厚を表皮深さより十分大きくすることで、同じ外径の中実の導体に比べて内表面部分の表面積を増加することができる。さらに、コイルの断面積が小さくなるため、導体(たとえば銅)の使用量を削減することができるので、コストや重量を削減することもできる。   At this time, by making the thickness of the conductor (coil material) sufficiently larger than the skin depth, the surface area of the inner surface portion can be increased compared to a solid conductor having the same outer diameter. Furthermore, since the sectional area of the coil is reduced, the amount of conductor (for example, copper) used can be reduced, so that the cost and weight can be reduced.

また、図8には、自己共振コイル420のコイル材の断面形状の第1の変形例を示す断面図が示される。第1の変形例では、図8に示されるように、コイル材の断面形状が略U字形状となっている。このような形状とすることで、図7の断面形状の場合と同様に、コイルの表面積を増加させるとともに、導体の使用量を削減することができる。また、この場合、内表面部分が開放されているので、図7の断面形状に比べ内表面で発生する熱の放熱が容易となり、コイルの冷却性能を向上することも可能となる。   FIG. 8 is a cross-sectional view showing a first modification of the cross-sectional shape of the coil material of the self-resonant coil 420. In the first modification, as shown in FIG. 8, the cross-sectional shape of the coil material is substantially U-shaped. By setting it as such a shape, the surface area of a coil can be increased and the usage-amount of a conductor can be reduced similarly to the case of the cross-sectional shape of FIG. In this case, since the inner surface portion is open, heat generated on the inner surface can be easily radiated as compared with the cross-sectional shape of FIG. 7, and the cooling performance of the coil can be improved.

図9には、自己共振コイル420のコイル材の断面形状の第2の変形例を示す断面図が示される。第2の変形例では、図9に示されるように、自己共振コイル420の断面形状が長方形の平板状となるようにする。また、この長方形の平板状の断面形状部材を、略V字形状や略M字形状のように、屈曲または湾曲させてもよい。   FIG. 9 is a cross-sectional view showing a second modification of the cross-sectional shape of the coil material of the self-resonant coil 420. In the second modification, as shown in FIG. 9, the cross-sectional shape of the self-resonant coil 420 is a rectangular flat plate. Further, the rectangular flat plate-shaped cross-sectional member may be bent or curved like a substantially V shape or a substantially M shape.

図10には、自己共振コイル420のコイル材の断面形状の第3の変形例を示す断面図が示される。第3の変形例では、図10に示されるように、自己共振コイル420が複数の小径の導体により構成されている。これにより、コイルの表面積を増加させることができる。さらに、各導体間にたとえばシリコン樹脂等の誘導体を充填させることによって浮遊容量を増加させることができる。そして、所定の浮遊容量を得るために、別途コンデンサを配置することが不要となる。もしくは、別途コンデンサを設ける場合であっても、コンデンサの小容量化を行なうことができる。   FIG. 10 is a sectional view showing a third modification of the sectional shape of the coil material of the self-resonant coil 420. In the third modification, as shown in FIG. 10, the self-resonant coil 420 is composed of a plurality of small-diameter conductors. Thereby, the surface area of a coil can be increased. Furthermore, the stray capacitance can be increased by filling each conductor with a derivative such as silicon resin. In order to obtain a predetermined stray capacitance, it is not necessary to separately arrange a capacitor. Alternatively, even when a separate capacitor is provided, the capacitance of the capacitor can be reduced.

図11には、自己共振コイル420のコイル材の断面形状の第4の変形例を示す断面図が示される。図11に示されるように、コイルの外周面に複数の凹部または凸部が形成されるようにしてもよい。   FIG. 11 is a sectional view showing a fourth modification of the sectional shape of the coil material of the self-resonant coil 420. As shown in FIG. 11, a plurality of concave portions or convex portions may be formed on the outer peripheral surface of the coil.

図12には、自己共振コイル420のコイル材の断面形状の第5の変形例を示す断面図が示される。第5の変形例では、コイル材の断面形状のある一方向の長さ(たとえば図12中のB)が、当該方向に垂直な方向の長さ(たとえば図12中のA)よりも長くなっているような断面形状となっている。すなわち、図12に示されるような、たとえば楕円形のような扁平な断面形状である。このような断面形状を扁平化することにより、コイル導体表面からコイル導体中心部までの距離が短くなるので、コイル導体内部の熱が放熱されやすくコイルの冷却性能を向上させることができる。なお、このような断面形状は楕円形に限られない。また、この扁平な断面形状部材を屈曲または湾曲させてもよい。   FIG. 12 is a cross-sectional view showing a fifth modification of the cross-sectional shape of the coil material of the self-resonant coil 420. In the fifth modification, the length of one direction (for example, B in FIG. 12) having a cross-sectional shape of the coil material is longer than the length in the direction perpendicular to the direction (for example, A in FIG. 12). It has a cross-sectional shape. That is, it has a flat cross-sectional shape such as an ellipse as shown in FIG. By flattening such a cross-sectional shape, the distance from the surface of the coil conductor to the center of the coil conductor is shortened, so that the heat inside the coil conductor is easily radiated and the cooling performance of the coil can be improved. In addition, such a cross-sectional shape is not restricted to an ellipse. Further, the flat cross-sectional shape member may be bent or curved.

図13には、自己共振コイル420のコイル材の断面形状の第6の変形例を示す断面図が示される。図13に示されるように、自己共振コイル420の断面形状が渦巻状となるようにしてもよい。   FIG. 13 is a sectional view showing a sixth modification of the sectional shape of the coil material of the self-resonant coil 420. As shown in FIG. 13, the cross-sectional shape of the self-resonant coil 420 may be spiral.

以上のように、共鳴法による電力の送電において、自己共振コイル(一次自己共振コイル240および二次自己共振コイル110)を形成するコイル材の断面におけるコイル材表面部分の長さが、電磁誘導コイル(一次電磁誘導コイル230および二次電磁誘導コイル120)を形成するコイル材の断面におけるコイル材表面部分の長さよりも長くなるような断面形状とすることにより、電流が高周波の領域において、自己共振コイルの単位長さの実質的な電気抵抗を、電磁誘導コイルの単位長さの電気抵抗より小さくすることができる。その結果、自己共振コイルにおけるエネルギー損失を低減することができるので、電力伝送時の伝送効率を向上させることができる。   As described above, in power transmission by the resonance method, the length of the coil material surface portion in the cross section of the coil material forming the self-resonant coils (the primary self-resonant coil 240 and the secondary self-resonant coil 110) is the electromagnetic induction coil. By making the cross-sectional shape longer than the length of the surface portion of the coil material in the cross section of the coil material forming the (primary electromagnetic induction coil 230 and secondary electromagnetic induction coil 120), self-resonance occurs in a region where the current is high frequency. The substantial electrical resistance of the unit length of the coil can be made smaller than the electrical resistance of the unit length of the electromagnetic induction coil. As a result, energy loss in the self-resonant coil can be reduced, so that transmission efficiency during power transmission can be improved.

なお、本実施の形態におけるPCU160およびモータ170は、本発明における「電気駆動装置」の一例である。   The PCU 160 and the motor 170 in the present embodiment are examples of the “electric drive device” in the present invention.

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and is intended to include meanings equivalent to the scope of claims for patent and all modifications within the scope.

100 電動車両、110,340 二次自己共振コイル、120,350 二次電磁誘導コイル、130 整流器、140 DC/DCコンバータ、150 蓄電装置、160 PCU、170 モータ、180 車両ECU、200 給電装置、210 交流電源、220 高周波電力ドライバ、230,320 一次電磁誘導コイル、240,330 一次自己共振コイル、310 高周波電源、360 負荷、400 コイルユニット、410 電磁誘導コイル、420 自己共振コイル、430 ボビン、440 コンデンサ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Electric vehicle, 110, 340 Secondary self-resonant coil, 120, 350 Secondary electromagnetic induction coil, 130 Rectifier, 140 DC / DC converter, 150 Power storage device, 160 PCU, 170 Motor, 180 Vehicle ECU, 200 Power feeding device, 210 AC power supply, 220 high frequency power driver, 230, 320 primary electromagnetic induction coil, 240, 330 primary self resonant coil, 310 high frequency power supply, 360 load, 400 coil unit, 410 electromagnetic induction coil, 420 self resonant coil, 430 bobbin, 440 capacitor .

Claims (8)

対向配置される第1の自己共振コイルとの電磁共鳴によって、電力の送電および受電の少なくともいずれか一方を行うためのコイルユニットであって、
前記第1の自己共振コイルと電磁共鳴を行うための第2の自己共振コイルと、
電磁誘導により、前記第2の自己共振コイルとの間で送電および受電の少なくともいずれか一方が可能に構成された電磁誘導コイルとを備え、
前記第2の自己共振コイルおよび前記電磁誘導コイルは、コイル材が巻回された形状を有し
前記第2の自己共振コイルは、単位長さあたりの電気抵抗が前記電磁誘導コイルよりも小さいコイルであって、前記第2の自己共振コイルのコイル材の断面におけるコイル材表面部分の長さが、前記電磁誘導コイルのコイル材の断面におけるコイル材表面部分の長さよりも長いコイルである、コイルユニット。
A coil unit for performing at least one of power transmission and power reception by electromagnetic resonance with a first self-resonant coil disposed oppositely,
A second self-resonant coil for performing electromagnetic resonance with the first self-resonant coil;
An electromagnetic induction coil configured to be capable of at least one of power transmission and power reception with the second self-resonant coil by electromagnetic induction,
The second self-resonant coil and the electromagnetic induction coil have a shape in which a coil material is wound ,
The second self-resonant coil has a smaller electrical resistance per unit length than the electromagnetic induction coil , and the length of the coil material surface portion in the cross-section of the coil material of the second self-resonant coil is The coil unit is a coil longer than the length of the coil material surface portion in the cross section of the coil material of the electromagnetic induction coil .
前記第2の自己共振コイルは、前記第2の自己共振コイルのコイル材の断面形状の第1の方向の長さが、前記断面形状における前記第1の方向に対して垂直な第2の方向の長さよりも長いコイルである、請求項に記載のコイルユニット。 The second self-resonant coil has a second direction in which the length in the first direction of the cross-sectional shape of the coil material of the second self-resonant coil is perpendicular to the first direction in the cross-sectional shape. The coil unit according to claim 1 , wherein the coil unit is longer than the coil length. 前記第2の自己共振コイルのコイル材は、複数の線状導体により構成される、請求項に記載のコイルユニット。 The coil unit according to claim 1 , wherein the coil material of the second self-resonant coil is configured by a plurality of linear conductors. 請求項1〜のいずれか1項に記載のコイルユニットを含み、電磁共鳴によって電力の送電および受電の少なくともいずれか一方を行う、非接触電力伝送装置。 It includes coil unit according to any one of claims 1 to 3 carried out at least one of power transmission and power reception by electromagnetic resonance, non-contact power transmission apparatus. 電磁共鳴によって電源からの電力を送電装置から受電装置へ伝送する非接触給電システムであって、
前記送電装置および前記受電装置の少なくともいずれか一方に、請求項に記載の非接触電力伝送装置を含む、非接触給電システム。
A non-contact power feeding system that transmits power from a power source to a power receiving device by electromagnetic resonance,
The non-contact electric power feeding system which contains the non-contact electric power transmission apparatus of Claim 4 in at least any one of the said power transmission apparatus and the said power receiving apparatus.
電動車両であって、
前記車両外部に設けられた送電装置との電磁共鳴により非接触で電力を受電する自己共振コイルと、
電磁誘導により前記自己共振コイルから電力の出力が可能に構成された電磁誘導コイルと、
前記電磁誘導コイルから電力を受けて整流するように構成された整流器と、
前記整流器によって整流された電力を受けて車両駆動力を発生するように構成された電気駆動装置とを備え、
前記自己共振コイルおよび前記電磁誘導コイルは、コイル材が巻回された形状を有し
前記自己共振コイルは、単位長さあたりの電気抵抗が前記電磁誘導コイルよりも小さいコイルであって、前記自己共振コイルのコイル材の断面におけるコイル材表面部分の長さが、前記電磁誘導コイルのコイル材の断面におけるコイル材表面部分の長さよりも長いコイルである、電動車両。
An electric vehicle,
A self-resonant coil that receives electric power in a non-contact manner by electromagnetic resonance with a power transmission device provided outside the vehicle;
An electromagnetic induction coil configured to be capable of outputting electric power from the self-resonant coil by electromagnetic induction;
A rectifier configured to receive and rectify power from the electromagnetic induction coil;
An electric drive device configured to receive the electric power rectified by the rectifier and generate a vehicle driving force;
The self-resonant coil and the electromagnetic induction coil have a shape in which a coil material is wound ,
The self-resonant coil is a coil having an electrical resistance per unit length smaller than that of the electromagnetic induction coil , and the length of the coil material surface portion in the cross-section of the coil material of the self-resonant coil is equal to that of the electromagnetic induction coil. An electric vehicle which is a coil longer than the length of a coil material surface portion in a cross section of the coil material .
前記自己共振コイルは、前記自己共振コイルのコイル材の断面形状の第1の方向の長さが、前記断面形状における前記第1の方向に対して垂直な第2の方向の長さよりも長いコイルである、請求項に記載の電動車両。 The self-resonant coil is a coil in which the length in the first direction of the cross-sectional shape of the coil material of the self-resonant coil is longer than the length in the second direction perpendicular to the first direction in the cross-sectional shape. The electric vehicle according to claim 6 , wherein 前記自己共振コイルのコイル材は、複数の線状導体により構成される、請求項に記載の電動車両。 The electric vehicle according to claim 6 , wherein the coil material of the self-resonant coil is configured by a plurality of linear conductors.
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8829725B2 (en) 2010-03-19 2014-09-09 Tdk Corporation Wireless power feeder, wireless power receiver, and wireless power transmission system
US8800738B2 (en) 2010-12-28 2014-08-12 Tdk Corporation Wireless power feeder and wireless power receiver
US8742627B2 (en) 2011-03-01 2014-06-03 Tdk Corporation Wireless power feeder
KR20120116802A (en) 2011-04-13 2012-10-23 엘지이노텍 주식회사 A wireless power transmission system and a wireless power receiver using a relay device
EP2711945A4 (en) 2011-05-19 2014-11-05 Toyota Motor Co Ltd Power-reception device, power-transmission device, and power-transfer system
JP2013012637A (en) * 2011-06-30 2013-01-17 Yazaki Corp Power supply system
WO2013051105A1 (en) * 2011-10-04 2013-04-11 トヨタ自動車株式会社 Power reception device, power transmission device, and power transmission system
JP5885239B2 (en) 2011-10-20 2016-03-15 トヨタ自動車株式会社 Power receiving device, power transmitting device, and power transmission system
JP6302365B2 (en) * 2014-06-20 2018-03-28 矢崎総業株式会社 Coil device for non-contact power supply
KR101701045B1 (en) 2015-06-09 2017-01-31 삼성전기주식회사 Coil structure for wireless power transfer and wireless power transmitter comprising thereof

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002508916A (en) * 1997-05-06 2002-03-19 オークランド ユニサービシズ リミテッド Induction power transfer across the widening gap
JPH11186086A (en) * 1997-12-17 1999-07-09 Tokin Corp Manufacture of spiral coil for noncontact power transmitter
KR101288433B1 (en) * 2007-03-27 2013-07-26 메사추세츠 인스티튜트 오브 테크놀로지 Wireless energy transfer
KR20100057632A (en) * 2007-08-09 2010-05-31 퀄컴 인코포레이티드 Increasing the q factor of a resonator
CN101803224A (en) * 2007-08-13 2010-08-11 高通股份有限公司 Long range low frequency resonator and materials
JP5054113B2 (en) * 2007-09-17 2012-10-24 秀雄 菊地 Inductive power transmission circuit
JP4453741B2 (en) * 2007-10-25 2010-04-21 トヨタ自動車株式会社 Electric vehicle and vehicle power supply device
JP5160858B2 (en) * 2007-10-25 2013-03-13 メレアグロス株式会社 A coil of a power transmission device, a power transmission device, a power transmission device of the power transmission device, and a power reception device of the power transmission device.
EP2281322B1 (en) * 2008-05-14 2016-03-23 Massachusetts Institute of Technology Wireless energy transfer, including interference enhancement
JP5375032B2 (en) * 2008-11-04 2013-12-25 株式会社豊田自動織機 Non-contact power transmission device and design method of non-contact power transmission device

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