JP5998465B2 - ピッチ可変コイル及び共振回路 - Google Patents

Description

本発明は、ピッチ可変コイル及び共振回路に関する。

従来から非接触給電方式として、磁界共鳴方式が知られている。磁界共鳴方式とは、送電回路側と受電回路側に、コイルとコンデンサとからなる共振回路を設け、両回路間で磁界を共鳴させて電力を非接触伝送する技術である（下記特許文献参照）。この磁界共鳴方式は、広く実用化されている非接触給電方式の一つである電磁誘導方式と比べて、弱い磁界で高効率且つ長距離の電力伝送を実現できるという特徴があり、携帯端末や電気自動車等に利用可能な次世代のワイヤレス充電技術として注目されている。

特開２０１０−１３０８７８号公報

ところで、上記従来技術では、共振回路の共振周波数を調整する必要から、コイルとして可変コイルを採用する場合がある。しかしながら、可変コイルは、コアを巻線の軸線方向にスライドさせることにより透磁率を変化させてインダクタンスを可変するものなので、可変範囲が比較的小さく、よって共振周波数の可変範囲が小さい。また、コンデンサとして可変コンデンサを採用して共振周波数を調整する場合もあるが、可変コンデンサは静電容量が比較的小さいので、やはり共振周波数の可変範囲が小さいという問題がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、共振回路における共振周波数の可変範囲を従来よりも大きくすることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、ピッチ可変コイルに係る第１の解決手段として、ヘリカルコイルと、該ヘリカルコイルのコイルピッチを可変するコイルピッチ可変部とを具備する、という手段を採用する。

また、ピッチ可変コイルに係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、コイルピッチ可変部は、ヘリカルコイルの各ターン部に装着される支持部材と、当該各支持部材のヘリカルコイルの軸線方向における間隔を調整する間隔調整機構とからなる、という手段を採用する。

また、ピッチ可変コイルに係る第３の解決手段として、上記第１の解決手段において、コイルピッチ可変部は、ヘリカルコイルの各端部に装着される支持部材と、当該各支持部材のヘリカルコイルの軸線方向における間隔を調整する間隔調整機構とからなる、という手段を採用する。

また、ピッチ可変コイルに係る第４の解決手段として、上記第１〜第３のいずれか１つの解決手段において、間隔調整機構は、ボールねじ機構を用いてヘリカルコイルの各ターン部の間隔あるいはヘリカルコイルの各端部の間隔を調節する、という手段を採用する。

また、本発明では、共振回路に係る解決手段として、上記第１〜第４のいずれか１つの解決手段のピッチ可変コイルとコンデンサとを具備する、という手段を採用する。

本発明によれば、コイルピッチ可変部でヘリカルコイルのコイルピッチを可変するので、従来の可変コイルよりもインダクタンスの可変範囲を大きくすることが可能であり、よって共振回路の共振周波数の可変範囲を従来よりも大きくすることができる。

本発明の第１実施形態に係るピッチ可変コイルＡの構成図である。 本発明の第２実施形態に係るピッチ可変コイルＢの構成図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
〔第１実施形態〕
初めに第１実施形態について説明する。本第１実施形態に係るピッチ可変コイルＡは、コイルピッチを調節することによりインダクタンスを可変する受動素子である。

本ピッチ可変コイルＡは、図１に示すように、コイル１と、コイルピッチ可変部２とを備えている。コイル１は、丸線あるいは平角線等の導線をらせん状かつ円筒状に巻回したヘリカルコイルである。上記導線は、銅（Ｃｕ）やＡｇ等の金属線（コストの観点からすればＣｕが望ましい）の表面を所定の絶縁膜で覆った絶縁膜被覆線であり、図１に示すように各端部が交流電源Ｐｗの各出力端に接続される。また、コイル１の径や巻数は、実現しようとするインダクタンスの値に応じて適宜設定されている。

コイルピッチ可変部２は、コイル１のコイルピッチＰを可変つまりコイルピッチＰを広くまたは狭くするものであり、コイル支持体２１（支持部材）、可動部２２、回転操作部２３及びメインギア２４から構成されている。なお、これら構成要素のうち、可動部２２、回転操作部２３及びメインギア２４は、本実施形態における間隔調整機構を構成している。コイル支持体２１は、図１（ａ）に示すように、絶縁材からなる平板状の小片であり、コイル１のターン部（一巻部分）の１つ１つに対してコイル１の軸線方向（巻心方向）に並ぶように複数装着されている。各コイル支持体２１は、各ターン部を各々支持する。

可動部２２は、図１（ｂ）に示すように、雌ねじ溝が形成された雌ねじ部２２ａと、当該雌ねじ部２２ａに螺合する雄ねじ溝が周面に形成された棒状の雄ねじ部２２ｂと、当該雄ねじ部２２ｂが回転中心に固定されたサブギア２２ｃとからなり、各コイル支持体２１の間にそれぞれ介装されている。この可動部２２は、メインギア２４を介して各サブギア２２ｃが回転駆動されることにより雄ねじ部２２ｂが回転し、当該雄ねじ部２２ｂの回転に伴って雌ねじ部２２ａをコイル１の軸線方向に移動させる一種のボールねじ機構である。

このように雌ねじ部２２ａがコイル１の軸線方向に可動することによって、コイル１の各ターン部の間隔つまりコイル１のコイルピッチＰが広くまたは狭く調節される。回転操作部２３は、メインギア２４の一端部に同軸状に連結され、ユーザからの回転操作を受け付けてメインギア２４に伝達する。メインギア２４は、上記サブギア２２ｃに噛み合い、回転操作部２３から得た回転力をサブギア２２ｃに伝達する。

このようなピッチ可変コイルＡは、例えば、磁界共鳴方式に基づく非接触給電装置において、コンデンサＣと並列接続されることにより並列共振回路Ｋ１を構成し、各端部が交流電源Ｐｗの出力端に各々接続される。すなわち、このピッチ可変コイルＡは、非接触給電装置における給電コイル（１次コイル）として使用される。

また、このピッチ可変コイルＡは、負荷側（２次側）に接続された受電コイル（２次コイル）として使用される。すなわち、このピッチ可変コイルＡを２次コイルとして使用する場合には、２次側に設けられたコンデンサと並列接続されて並列共振回路を構成する。なお、このような１次側及び２次側の各並列共振回路では、ピッチ可変コイルＡによってインダクタンスが可変されることによって共振周波数が所望の値に設定される。

次に、上記構成の本実施形態に係るピッチ可変コイルＡの動作について説明する。
本ピッチ可変コイルＡにおいて、図１に示すように、回転操作部２３がユーザにより右または左方向に回転されると、回転操作部２３の回転に連動してメインギア２４が回転する。この結果、各可動部２２のサブギア２２ｃ（雄ねじ部２２ｂ）が回転するので、各可動部２２の雌ねじ部２２ａがコイル１の軸線方向（同一方向）に移動してコイルピッチＰが調節される。

ここで、本ピッチ可変コイルＡのような円筒状単層空芯コイルのインダクタンスはコイルの軸方向長さに反比例することが一般に知られている。つまり、コイル１におけるコイルピッチＰが狭くなった場合には、インダクタンスが大きくなると共に並列共振回路Ｋ１における共振周波数ｆが小さくなり、またコイルピッチＰが広くなった場合には、インダクタンスが小さくなると共に並列共振回路Ｋ１における共振周波数ｆが大きくなる。

本ピッチ可変コイルＡでは、上述したようにコイルピッチＰが調節されることに伴って軸方向長さが調節される。このような軸方向長さの可変に伴うインダクタンスの変化量は、一般的な可変コイル、つまりコアを巻線の軸線方向にスライドさせることにより透磁率を変化させてインダクタンスを可変するものよりも大きい。

したがって、本第１実施形態によれば、インダクタンスの可変範囲が従来の可変コイルよりも大きいので、コンデンサと共に共振回路を構成した場合に共振周波数の可変範囲が広いというメリットがある。

〔第２実施形態〕
次に、第２実施形態について図２を参照して説明する。
第２実施形態に係るピッチ可変コイルＢは、コイルピッチ可変部３の構成が上記第１実施形態のピッチ可変コイルＡにおけるコイルピッチ可変部２と相違する。したがって、第２実施形態において第１実施形態と同一の機能構成要素には同一符号を付し、説明を省略する。

ピッチ可変コイルＢは、図２に示すように、コイル１と、コイルピッチ可変部３とを備えている。
相違構成要素である第２のコイルピッチ可変部３は、コイル１における一端をコイル１の軸線方向に移動させることによりコイルピッチＰを可変するものであり、雄ねじ部３１、コイル一端支持体３２（支持部材）及びコイル他端支持体３３（支持部材）から構成されている。なお、これら構成要素のうち、雄ねじ部３１は、本実施形態における間隔調整機構である。

雄ねじ部３１は、雄ねじ溝が周面に形成された棒状の部材であり、後述するコイル一端支持体３２に形成されている雌ねじ溝に螺合すると共に、コイル他端支持体３３の位置を固定するようにコイル他端支持体３３に係合している。この雄ねじ部３１は、ユーザからの回転操作を受け付けて回転する。例えば、雄ねじ部３１がユーザが手で操作するに十分な大きさを有していればよいが、雄ねじ部３１に十分な大きさがない場合には、ユーザがドライバを使って雄ねじ部３１を回転操作できるように、雄ねじ部３１の頂点にドライバを挿入するための溝を設けるようにしてもよい。

コイル一端支持体３２は、コイル１の一端に装着され、コイル１の一端を支持するものであり、雄ねじ部３１に螺合する雌ねじ溝が形成されている。このコイル一端支持体３２は、ユーザにより雄ねじ部３１が回転させられた場合に、雄ねじ部３１の回転に伴ってコイル１の軸線方向に移動する。つまり、コイル一端支持体３２は、雄ねじ部３１と共に一種のボールねじ機構を構成する。

コイル他端支持体３３は、コイル１の他端に装着され、コイル１の他端を支持するものであり、雄ねじ部３１の端部に係合して固定されている。
このようなピッチ可変コイルＢは、第１実施形態と同じく、磁界共鳴方式に基づく非接触給電装置において、コンデンサＣと並列接続されることにより並列共振回路Ｋ２を構成し、各端部が交流電源Ｐｗの出力端に各々接続される。

次に、上記構成の本実施形態に係るピッチ可変コイルＢの動作について説明する。
本ピッチ可変コイルＢにおいて、雄ねじ部３１がユーザにより右または左方向に回転されると、コイル一端支持体３２がコイル１の軸線方向（同一方向）に移動してコイルピッチＰが調節される。

第１実施形態の説明において記述したように、本ピッチ可変コイルＢのような円筒状単層空芯コイルのインダクタンスはコイルの軸方向長さに反比例する。つまり、コイル１におけるコイルピッチＰが狭くなった場合には、インダクタンスが大きくなると共に並列共振回路Ｋ２における共振周波数ｆが小さくなり、またコイルピッチＰが広くなった場合には、インダクタンスが小さくなると共に並列共振回路Ｋ２における共振周波数ｆが大きくなる。

本ピッチ可変コイルＢでは、上述したようにコイルピッチＰが調節されることに伴って軸方向長さが調節される。このような軸方向長さの可変に伴うインダクタンスの変化量は、一般的な可変コイル、つまりコアを巻線の軸線方向にスライドさせることにより透磁率を変化させてインダクタンスを可変するものよりも大きい。

したがって、本第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に、インダクタンスの可変範囲が従来の可変コイルよりも大きいので、コンデンサと共に共振回路を構成した場合に共振周波数の可変範囲が広いというメリットがある。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、例えば以下のような変形が考えられる。
（１）上記第１実施形態においては、回転操作部２３から得た回転力によってメインギア２４を回転駆動したが、本発明はこれに限定されない。
例えば、ピッチ可変コイルＡ全体のサイズが小さい場合には、ユーザが回転操作部２３を回転操作することが困難になってしまう。そのような場合には、メインギア２４の頂点にドライバを挿入するための溝を設けるようにしてもよい。これにより、ユーザはドライバを使用してメインギア２４を回転することができる。

（２）上記第２実施形態では、コイル一端支持体３２を移動させることによりコイル１のコイルピッチＰを可変したが、本発明これに限定されない。例えば、コイル他端支持体３３を移動させるようにしてよいし、またコイル一端支持体３２及びコイル他端支持体３３両方を移動させるようにしてもよい。つまり、本発明では、コイル１における一端及び他端の少なくとも一方をコイル１の軸線方向に移動させることによりコイルピッチＰを可変するようにすればよい。

Ａ、Ｂ…ピッチ可変コイル、１…コイル、２…コイルピッチ可変部、２１…コイル支持体（支持部材）、２２…可動部、２３…回転操作部、２４…メインギア、２２ａ…雌ねじ部、２２ｂ…雄ねじ部、２２ｃ…サブギア、３…コイルピッチ可変部、３１…雄ねじ部、３２…コイル一端支持体（支持部材）、３３…コイル他端支持体（支持部材）、Ｋ１、Ｋ２…並列共振回路、Ｃ…コンデンサ、Ｐｗ…交流電源、Ｐ…コイルピッチ

Claims (3)

1. ヘリカルコイルと、
   該ヘリカルコイルのコイルピッチを可変するコイルピッチ可変部と
   を具備し、
   前記コイルピッチ可変部は、前記ヘリカルコイルの各ターン部にそれぞれ装着される複数の支持部材と、当該各支持部材の前記ヘリカルコイルの軸線方向における間隔を調整する間隔調整機構とからなることを特徴とするピッチ可変コイル。
2. 前記間隔調整機構は、ボールねじ機構を用いて前記ヘリカルコイルの各ターン部の間隔を調節することを特徴とする請求項１記載のピッチ可変コイル。
3. 請求項１または２に記載のピッチ可変コイルとコンデンサとを具備することを特徴とする共振回路。

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