JP5635729B2 - 非接触給電装置 - Google Patents

Description

本発明は、高周波電流が流れる給電線と誘導結合されるピックアップ部を備え、ピックアップ部に誘起される誘導起電力によって負荷に給電する非接触給電装置に関するものである。

この種の非接触給電装置として、例えば、特許文献１に記載されているものがある。特許文献１に記載されているものは、移動ユニットの移動線路に沿って高周波電流を流す給電線（フィーダ）を張設し、前記給電線と誘導結合されたピックアップ部を前記移動ユニットに配置し、前記ピックアップ部に誘起される誘導起電力によって負荷（移動ユニットを移動させる電動機）に給電するものである。

ピックアップ部は、給電線を周方向に沿って囲む筒状のコアと、コアに巻線を巻回してなるコイルとを有し、給電線の周囲に生じる磁束の大半がコア内を通ることでコイルに誘起される誘導起電力を高くしている。尚、コアには、少なくとも給電線が径方向に通過可能である開口溝が給電線の軸方向に沿って設けられ、給電線へのピックアップ部の装着及び離脱が容易に行えるようになっている。
特表２００３−５２８５５５号公報

ところで、特許文献１に記載されている従来例のピックアップ部においては、断面形状コ字形のコアが用いられている。このようにコアの内周面及び外周面が何れも複数の平面を突き合わせて構成されている場合、平面と平面の境界部分（角の部分）において磁束の一部がコアの外に漏れてしまうことにより、給電線からピックアップ部への電力伝達の効率が低下してしまうという問題がある。

本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、従来と比較して給電線からピックアップ部への電力伝達の効率が向上し且つ給電量を増大することができる非接触給電装置を提供することにある。

請求項１の発明は、上記目的を達成するために、高周波電流が流れる給電線と誘導結合されるピックアップ部を備え、ピックアップ部に誘起される誘導起電力によって負荷に給電する非接触給電装置において、ピックアップ部は、給電線を周方向に沿って囲む筒状のコアと、コアに対して巻線が単層巻きされてなるコイルと、コアの外側を囲む磁気シールド体とを有し、コアは、内周面及び外周面の双方が曲面で構成され且つ軸方向に交差する断面形状が略Ｃ形に形成され、少なくとも給電線が径方向に通過可能である開口溝が給電線の軸方向に沿って設けられており、給電線は、円筒形状の内管部と、内管部の外側に配置された円筒形状の外管部と、内管部と外管部を互いに同心となるように連結する連結部とが金属材料で一体に形成された導体を、合成樹脂成形品からなる絶縁体で被覆して構成されており、開口溝を挟んで対向するコアの両端部は、コアの当該両端部を除く部位よりも、軸方向に沿った断面の面積が大きく形成され、ピックアップ部は、往きと戻りの２本の給電線のうちの一方の給電線が開口溝を通してコアの内側に配置され、且つ往きと戻りの２本の給電線のうちの他方の給電線がコアの外に配置されており、磁気シールド体は、前記他方の給電線に流れる電流によって生じる磁束に対して、コアを磁気的にシールドするように構成されることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、筒状のコアの内周面又は外周面の少なくとも一方が曲面で構成されているので、従来例のようにコアの内周面及び外周面が何れも複数の平面を突き合わせて構成されている場合と比較して、コアの外に漏れる磁束を減らすことができる。その結果、従来と比較して給電線からピックアップ部への電力伝達の効率が向上し且つ給電量を増大することができる。また、コアの外に漏れる磁束をさらに減らすことができるとともに、コアの両端部における磁気抵抗を相対的に低減し、開口溝からコアの外に漏れる磁束を減らすことができる。更に、巻線が多層巻きされる場合と比較してコイルの高周波抵抗を低減することができるとともに、コアやコイルへの外部磁界の影響を抑えて損失を低減することができる。

本発明によれば、従来と比較して給電線からピックアップ部への電力伝達の効率が向上し且つ給電量を増大することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

本実施形態の非接触給電装置は、図３（ａ）に示すようにループ状に設置された給電線１００と、給電線１００に高周波電流を流す高周波電源１１０と、給電線１００と誘導結合されるピックアップ部１とを備え、ピックアップ部１から負荷（例えば、インバータ並びにモータ）１１１に給電するものである。

給電線１００は、図３（ｂ）に示すように円筒形状の内管部１０１と、内管部１０１の外側に配置された円筒形状の外管部１０２と、内管部１０１と外管部１０２を互いに同心となるように連結する連結部１０３とが金属板を曲げ加工することで一体に形成された導体を、角筒状の合成樹脂成形品からなる絶縁体１０４で被覆して構成されている。すなわち、高周波電流が流れる給電線においては、導体の材料（金属板）が有する電気抵抗以外に表皮効果と近接効果による抵抗（高周波抵抗）が存在するが、図３（ｂ）に示す二重管構造の導体を給電線１００に用いれば、円柱形状の導体に比較して高周波抵抗を低減し且つ損失を減少させることができる。

ピックアップ部１は、コア２、コイル３、ボビン４、磁気シールド体５、受電回路部６を有している。受電回路部６は、コイル３とともに共振回路を形成するコンデンサ、コイル３並びにコンデンサの共振回路から出力される共振電圧を定電圧化する定電圧回路などを有している。

コア２は、図１（ａ）に示すように内周面及び外周面の双方が曲面（円筒面）で構成され且つ軸方向（紙面に垂直な方向）に交差する断面形状が略Ｃ形に形成されている。ここで、開口溝２ａを挟んで対向するコア２の両端部２０，２０は、コア２の当該両端部２０を除く部位（以下、「胴部」と呼ぶ。）２１よりも、軸方向に沿った断面の面積が大きく形成されている。

ボビン４は、円弧状に湾曲した角筒形状の合成樹脂成形品からなり、軸方向の両端部に外鍔４０が設けられている。尚、コア２は開口溝２ａと反対側の箇所で胴部２１が二分割されており、それぞれの胴部２１，２１にボビン４，４が外挿された後に胴部２１，２１の端部同士が接合されることによって、図１（ａ）に示すコア２が構成されている。

コイル３は、絶縁被覆を有する巻線がボビン４，４に単層巻きされることで形成されている。尚、コア２の端部２０と胴部２１との段差が巻線の直径よりも大きく設定されており、コイル３がコア２の端部２０よりも外側にはみ出さないようになっている。このようにコイル３がコア２の端部２０よりも外側にはみ出さないことにより、コイル３の端部からコア２の端部２０の外へ漏れる磁束を減らすことができる。

磁気シールド体５は、高透磁率である金属磁性材料により略円筒形状に形成されてコア２並びにコイル３に外挿される。但し、磁気シールド体５にはコア２の開口溝２ａと連通する溝５ａが軸方向に沿って設けられている。

而して、開口溝２ａを通してコア２の内側に配置される給電線１００に高周波電流が流れると、給電線１００を中心とする同心円上に高周波磁界（磁束φ）が発生し、磁束φの大半がコア２内を周方向に沿って通過する。このとき、従来例のようにコア２’の内周面及び外周面が何れも複数の平面を突き合わせて構成されている場合、つまり、断面形状が略コ字形のコア２’の場合、図１（ｃ）に示すように平面と平面の境界部分（角の部分）において磁束φの一部がコア２’の外に漏れてしまう。

一方、本実施形態におけるコア２は、内周面及び外周面の双方が曲面で構成され且つ軸方向に交差する断面形状が略Ｃ形に形成されているので、図１（ｂ）に示すように開口溝２ａ以外の部分から外部に漏れる磁束φが殆ど生じない。そのため、図１（ｃ）に示す従来例のコア２’と比較して給電線１００からピックアップ部１への電力伝達の効率が向上し且つ給電量を増大することができる。尚、本実施形態ではコア２の内周面及び外周面の双方を曲面で構成しているが、例えば、図２（ａ）に示すように外周面のみを曲面で構成してもよいし、あるいは図２（ｂ）に示すように内周面のみを曲面で構成してもよく、これら何れの形状のコア２であっても、内周面及び外周面が何れも複数の平面を突き合わせて構成されている従来例のコア２’に比べれば、開口溝２ａ以外の部分から外部に漏れる磁束φを低減することが可能である。但し、これら２種類のコア２に対して本実施形態のコア２が最も電力伝達の効率が高くなることは明らかである。

ところで、高周波電源１１０に対する往きと戻りの２本の給電線１００のうちの一方の給電線１００がコア２の内側に配置され、他方の給電線１００がピックアップ部１の近傍に配置されている場合、当該他方の給電線１００の周囲に生じる磁束がコア２内を通過する磁束φと打ち消しあい、その結果、ピックアップ部１の電力伝達の効率が低下してしまう虞がある。これに対して本実施形態では、コア２並びにコイル３が磁気シールド体５で覆われて磁気シールドされているので、上述のようにコア２内を通過する磁束φが外部の磁界（磁束）で打ち消されるのを防ぐことができ、その結果、損失を低減することができる。

また、本実施形態では給電線１００への装着と離脱が容易に行えるようにピックアップ部１のコア２に開口溝２ａを設けているが、この開口溝２ａの部分（ギャップ）においては磁気回路の磁気抵抗が大幅に増大してしまう。そこで本実施形態では、開口溝２ａを挟んで対向するコア２の両端部２０，２０をコア２の当該両端部２０を除く胴部２１よりも、軸方向に沿った断面の面積を大きく形成することにより、コア２の両端部２０，２０における磁気抵抗を胴部２１と比較して相対的に低減し、開口溝２ａからコア２の外に漏れる磁束を減らすようにしている。

さらに、巻線を多層巻きしてコイルを形成した場合、近接効果によって巻線の高周波抵抗が増大して電力伝達の効率化が低下してしまう虞がある。そこで本実施形態では、コア２に対して巻線を単層巻きしてコイル３を形成することにより、巻線が多層巻きされる場合と比較してコイル３の高周波抵抗を低減し、ひいては電力伝達の効率を向上することができる。

本発明の実施形態を示し、（ａ）は一部省略したピックアップ部の断面図、（ｂ）は同上におけるコア内を通過する磁束の説明図、（ｃ）は従来例におけるコア内を通過する磁束の説明図である。 （ａ），（ｂ）は同上におけるコアの別の構成を示す平面図である。 （ａ）は同上の全体構成図、（ｂ）は同上における給電線の断面図である。

符号の説明

１ ピックアップ部
２ コア
２ａ 開口溝
３ コイル

Claims (1)

1. 高周波電流が流れる給電線と誘導結合されるピックアップ部を備え、ピックアップ部に誘起される誘導起電力によって負荷に給電する非接触給電装置において、
   ピックアップ部は、給電線を周方向に沿って囲む筒状のコアと、コアに対して巻線が単層巻きされてなるコイルと、コアの外側を囲む磁気シールド体とを有し、
   コアは、内周面及び外周面の双方が曲面で構成され且つ軸方向に交差する断面形状が略Ｃ形に形成され、少なくとも給電線が径方向に通過可能である開口溝が給電線の軸方向に沿って設けられており、
   給電線は、円筒形状の内管部と、内管部の外側に配置された円筒形状の外管部と、内管部と外管部を互いに同心となるように連結する連結部とが金属材料で一体に形成された導体を、合成樹脂成形品からなる絶縁体で被覆して構成されており、
   開口溝を挟んで対向するコアの両端部は、コアの当該両端部を除く部位よりも、軸方向に沿った断面の面積が大きく形成され、
   ピックアップ部は、往きと戻りの２本の給電線のうちの一方の給電線が開口溝を通してコアの内側に配置され、且つ往きと戻りの２本の給電線のうちの他方の給電線がコアの外に配置されており、
   磁気シールド体は、前記他方の給電線に流れる電流によって生じる磁束に対して、コアを磁気的にシールドするように構成されることを特徴とする非接触給電装置。

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