JP6665454B2 - コイル装置及びコイルシステム - Google Patents

コイル装置及びコイルシステム Download PDF

Info

Publication number
JP6665454B2
JP6665454B2 JP2015176910A JP2015176910A JP6665454B2 JP 6665454 B2 JP6665454 B2 JP 6665454B2 JP 2015176910 A JP2015176910 A JP 2015176910A JP 2015176910 A JP2015176910 A JP 2015176910A JP 6665454 B2 JP6665454 B2 JP 6665454B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
coil
coil device
frequency
magnetic
power supply
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
Application number
JP2015176910A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2017054886A (ja
Inventor
晋 徳良
晋 徳良
素直 新妻
素直 新妻
章雄 上田
章雄 上田
賢二 西村
賢二 西村
荒木 淳
淳 荒木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IHI Corp filed Critical IHI Corp
Priority to JP2015176910A priority Critical patent/JP6665454B2/ja
Priority to PCT/JP2016/074224 priority patent/WO2017033859A1/ja
Priority to DE112016003866.6T priority patent/DE112016003866T5/de
Priority to US15/754,347 priority patent/US10784035B2/en
Priority to CN201680047167.0A priority patent/CN107924752B/zh
Publication of JP2017054886A publication Critical patent/JP2017054886A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6665454B2 publication Critical patent/JP6665454B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Coils Of Transformers For General Uses (AREA)
  • Transformer Cooling (AREA)

Description

本発明は、コイル装置及びコイルシステムに関する。
非接触給電システムは、送電装置の一部である送電用のコイル装置と、受電装置の一部である受電用のコイル装置と、を備え、電磁誘導方式、磁界共鳴方式等のコイル間の磁気結合を利用して、非接触での給電を実現している。このようなコイル装置では、コイルの内部抵抗によって熱が発生し、コイル装置内の温度が上昇する。この結果、例えば、導線の被覆が劣化し電気絶縁性が低下してしまう。
従来のコイル装置として、コイルの温度上昇を抑制するコイル装置が知られている(例えば、特許文献1を参照)。特許文献1に記載のコイル装置は、コイルを収容するための筐体として保護部材を備えている。この保護部材には、発熱したコイルを冷却するために、水等の液体が流れる流路が設けられている。
特開2012−228123号公報
上述したようなコイル装置では、コイル(コイル部)で発生した熱は、コイル部と保護部材との間に存在する空気を経由した後に、保護部材の流路内の流体に伝達される。すなわち、コイル部から生じた熱の伝達経路には、空気が存在する。このため、コイル部の冷却効率の低下を招いていた。
本発明は、コイル部の冷却効率を向上させることができるコイル装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様に係るコイル装置は、コイル部と、コイル部を収容するハウジングと、ハウジング内に位置し、流動性及び熱伝導性を有する冷却剤と、を備える。
このコイル装置は、ハウジング内に位置し、流動性及び熱伝導性を有する冷却剤を備えている。これにより、コイル部で発生した熱は、冷却剤を介してハウジング外に放熱される。よって、コイル部の冷却効率を向上させることができる。
いくつかの態様において、冷却剤は、冷却流体と、冷却流体に混入された磁性粉末と、を含む。冷却剤が磁性粉末を含むので、冷却剤の熱伝導性が向上する。よって、コイル部の冷却効率を一層向上させることができる。
いくつかの態様において、磁性粉末には、冷却流体との間の親和性を低下させる表面処理が施されている。これにより、磁性粉末同士の凝集が抑制されて磁性粉末に渦電流が流れにくくなる。この結果、磁性粉末自体の発熱が抑制される。
いくつかの態様において、コイル部は、導線と、導線を保持する保持部材とを含み、コイル部の導線は、保持部材において平面渦巻状に巻回されており、コイル装置は、巻回された導線の中心軸を取り囲み、冷却流体の通過を許容すると共に磁性粉末の通過を制限する制限部材を更に備え、磁性粉末は、制限部材の外側に存在しており、制限部材は、中心軸側への磁性粉末の移動を制限する。これにより、巻回された導線の中心軸近傍に存在する磁極から磁性粉末を遠ざけることができる。このため、コイル装置の一方の磁極から生じた磁束が、磁性粉末の影響によって、他のコイル装置を経由せずにコイル装置の他方の磁極に戻ってしまう、ということを抑制することができる。
本発明の一態様に係るコイルシステムは、上記のコイル装置と、他の導線を含む他のコイル装置と、を備え、コイル装置のコイル部を流れる電流と他のコイル装置の他のコイル部を流れる電流とにおいて、位相及び振幅の少なくとも一方が互いに異なる。
各コイル装置のコイル部に電流が流れると、各コイル装置によってそれぞれ磁界が発生し、勾配のついた磁界中に存在する磁性粉末には磁気力が発生する。このコイルシステムでは、コイル部を流れる電流と他のコイル部を流れる電流とにおいて、位相及び振幅の少なくとも一方が互いに異なること、又は、これらの電流が発生させる磁界の勾配の方向と大きさが互いに異なることにより、磁性粉末に作用する磁気力に差分が生じ、各コイル装置間に磁気勾配が生じる。磁気勾配の向きは、各コイル部に流れる電流(交流電流)の周期に伴って各コイル装置間で繰り返し反転する。磁性粉末は、磁気力が強い側のコイル装置に引っ張られるため、電流の周期に伴って引っ張られる方向が繰り返し反転する。このため、磁性粉末の移動方向が変化し、冷却剤が撹拌される。これにより、温められた冷却剤がコイル部に近い側で留まり続けず、温められていない冷却剤がコイル部に近い側へ移動する。この結果、コイル部の冷却効率を向上させることができる。
いくつかの態様に係るコイルシステムは、コイル装置と他のコイル装置との間で非接触給電を行うコイルシステムであって、送電側であるコイル装置に接続されており、コイル装置に供給する電流の周波数を、非接触給電用の第1周波数と第1周波数よりも小さい第2周波数との間で切替え可能である電源部を更に備える。第2周波数の電流をコイル装置に供給した場合、各コイル装置間に生じる磁気勾配の向きが反転するタイミングは、第1周波数の電流をコイル装置に供給した場合と比べて遅くなり、磁性粉末が引っ張られる方向が反転するタイミングも遅くなる。つまり、電流の周波数を第2周波数に切り替えることにより、第1周波数の場合と比べて、磁性粉末の移動距離が長くなる。これにより、冷却流体の移動距離も長くなるので、冷却剤が一層撹拌される。よって、コイル部の冷却効率を一層向上させることができる。
いくつかの態様に係るコイルシステムは、コイル装置と他のコイル装置との間で非接触給電を行うコイルシステムであって、送電側である他のコイル装置に接続されており、他のコイル装置に供給する電流の周波数を、非接触給電用の第1周波数と第1周波数よりも小さい第2周波数との間で切替え可能である電源部を更に備える。第2周波数の電流を他のコイル装置に供給した場合、各コイル装置間に生じる磁気勾配の向きが反転するタイミングは、第1周波数の電流を他のコイル装置に供給した場合と比べて遅くなり、磁性粉末が引っ張られる方向が反転するタイミングも遅くなる。つまり、電流の周波数を第2周波数に切り替えることにより、第1周波数の場合と比べて、磁性粉末の移動距離が長くなる。これにより、冷却流体の移動距離も長くなるので、冷却剤が一層撹拌される。よって、コイル部の冷却効率を一層向上させることができる。
本発明のいくつかの態様によれば、コイル部の冷却効率を向上させることができる。
本発明の第1実施形態に係るコイルシステムの構成を示すブロック図である。 図1の送電側のコイル装置及び受電側のコイル装置を示す側断面図である。 図1の送電側のコイル装置を示す平面図である。 図1のコイルシステムにおいて位置ずれが生じた状態を示す側断面図である。 本発明の第2実施形態に係るコイルシステムを構成する送電側のコイル装置及び受電側のコイル装置を示す側断面図である。 図5の送電側のコイル装置を示す平面図である。 図1のコイルシステムの変形例を示す側断面図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
図1を参照して、第1実施形態に係る非接触給電システム(コイルシステム)1について説明する。非接触給電システム1は、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両に搭載されたバッテリを充電するためのシステムである。
非接触給電システム1は、図1に示されるように、地表面に設置された送電装置3と、車両2側に設けられる受電装置4と、を含んでいる。送電装置3は、地上を走行する車両2が予め定められた位置(後述する電磁結合回路が形成される位置)で停車しているときに、車両2の受電装置4に対して電力(バッテリ9を充電するための電力)を非接触で伝送する。
送電装置3は、送電側のコイル装置5と、コイル装置5に接続されている電源部10と、を含んでいる。コイル装置5は、地表面に設置されている。電源部10は、外部電源11と、整流回路12と、送電回路13と、制御部14と、を含んでいる。外部電源11は、車両2に伝送すべき電力を生成するために必要となる電力を供給する電源であり、例えば商用交流電源のような単相交流電力を供給する電源である。なお、この外部電源11は、単相交流電源に限られることはなく、三相交流電力を供給する電源であってもよい。
整流回路12は、外部電源11から供給される交流電力を整流して直流電力に変換する回路である。整流回路12は、PFC[Power Factor Correction]機能や昇降圧機能を有していてもよい。なお、外部電源11としては燃料電池や太陽電池など直流電源を利用することも可能であり、その場合には、整流回路12を省略することができる。また、外部電源11が直流電源である場合は、整流回路12の代わりに直流直流変換回路(DC/DCコンバータ)を設けてもよい。
送電回路13は、整流回路12から供給される電力を、送電側のコイル装置5と車両2に設けられた受電側のコイル装置6とによって形成される電磁結合回路を介して、非接触で車両2に供給する。送電回路13は、例えば、インバータ回路を備え、整流回路12からの直流電力を外部電源11の交流電力よりも周波数が高い交流電力(高周波電力)に変換して送電側のコイル装置5に与える。これにより、送電側のコイル装置5と受電側のコイル装置6との間で非接触給電が行われる。送電回路13は、インバータ回路の出力側に、コイル装置5に含まれるコイル部20(図2を参照)とともに送電側共振回路を構成する共振用コンデンサを備え得る。
制御部14は、例えば、CPU[CentralProcessing Unit]、ROM[Read Only Memory]、RAM[Random Access Memory]等を含む電子制御ユニットである。制御部14は、送電側のコイル装置5から受電側のコイル装置6への電力供給を制御する。制御部14は、送電側のコイル装置5から受電側のコイル装置6へ供給される電力の大きさを変更するように電源部10の各回路(送電回路13等)を制御する。制御部14は、例えば、受電側の回路(コイル装置6、受電回路7及び充電回路8の少なくとも1つ)やバッテリ9において異常が生じた場合等には、送電側のコイル装置5から受電側のコイル装置6への電力供給を停止するように制御することができる。
また、制御部14は、送電側のコイル装置5に供給する電流の周波数を、非接触給電用の第1周波数と第1周波数よりも小さい第2周波数との間で切り替えるように、送電回路13のインバータ回路を制御する。第1周波数は、コイル装置5とコイル装置6との間で非接触給電を適切に実施するための周波数である。第1周波数は、例えば法規制等の事情を加味して定められている。第1周波数は、例えば100kHz程度である。第2周波数は、磁性粉末が応答しやすい(移動しやすい)低い周波数であることが好ましい。例えば第2周波数は、数十Hz〜数kHz程度であってもよい。制御部14は、非接触給電中において、コイル装置5に供給する電流の周波数を、原則として第1周波数とし、例えば所定のタイミングにおいて所定の時間のみ第2周波数に切り替えるように、送電回路13を制御する。所定の時間とは、例えば1秒間程度である。所定のタイミングとは、例えばコイル装置5が所定温度に達したときである。
コイル装置5とコイル装置6とが近接し、コイル装置5に含まれるコイル部20(図2を参照)とコイル装置6に含まれるコイル部40(図2を参照)とが近接した状態に位置させられることで、電磁結合回路が形成される。この電磁結合回路は、コイル部20,40同士が電磁気的に結合して送電側のコイル部20から受電側のコイル部40への非接触の給電が行われる回路を意味し、「電磁誘導方式」で給電を行う回路であってもよく、「磁界共鳴方式」で給電を行う回路であってもよい。
車両2は、受電装置4を含んでいる。なお、図1では省略しているが、車両2は、モータ、操作ハンドル、及びブレーキ等の走行に必要な構成を含んでいる。受電装置4は、コイル装置6と、受電回路7と、充電回路8と、を含んでいる。コイル装置6は、送電側のコイル装置5から非接触で供給される電力(交流電力)を受け取る。
受電回路7は、コイル装置6からの交流電力を直流電力に変換して充電回路8に出力する。この受電回路7は、受電側のコイル部40とともに受電側共振回路を構成する共振用コンデンサを備え得る。なお、受電回路7の共振用コンデンサの静電容量は、受電側共振回路の共振周波数が上述した送電側共振回路の共振周波数と同一周波数になるように設定され得る。
充電回路8は、入力端が受電回路7の出力端に接続されるとともに出力端がバッテリ9の入力端に接続されており、充電回路8からの電力(直流電力)を所望電力に変換してバッテリ9に供給する。バッテリ9は、車両2に搭載された再充電が可能な電池(例えば、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池)であり、図示しない走行モータ等に電力を供給する。なお、この充電回路8は、受電用の制御部(図示省略)によって予め用意された受電用制御プログラムに基づいて制御されるようになっている。
次に、図2及び図3を参照して、送電側のコイル装置5及び受電側のコイル装置6について説明する。
送電側のコイル装置5は、地表面に設置されている。コイル装置5は、図2に示されるように、平板状のコイル部20と、コイル部20が載置された平板状の磁性部材15と、コイル部20及び磁性部材15を収容するハウジング16と、ハウジング16内に位置する冷却剤30と、を備えている。
コイル部20は、導線21と、導線21を保持する保持部材22と、を含んでいる。保持部材22は、例えば矩形平板状である。導線21は、図3に示されるように、保持部材22の表面側において平面渦巻状に巻回されている。導線21は、略矩形状に巻かれている。コイル部20は、サーキュラー型のコイル部である。サーキュラー型のコイル部20において、導線21は、巻回された導線21の巻軸(中心軸)L1方向から見て、矩形、円形、楕円形等の種々の形状に巻回され得る。導線21としては、例えば銅もしくはアルミニウムの単線、リッツ線、又はバスバー等が用いられる。
導線21は、リッツ線であることが好ましい。特に、非接触給電システムでは、電力伝送距離の拡張や伝送効率の向上等のために高周波(例えば、kHzオーダ以上)の電流をコイル装置5に流すことがある。一般的に導線21に流れる電流が高周波であるほど、導線21で生じる表皮効果が大きくなる。表皮効果が大きくなるほど、導線21での抵抗が増加し、熱損失が増加してしまう。熱損失の増加は、非接触給電システム1全体の電力効率(例えば、送電装置3側の電源出力に対する受電装置4側のバッテリ9入力の割合)の低下につながる。表皮効果を抑えるために、リッツ線が用いられる。リッツ線は、互いに絶縁された複数の導体素線が撚り合わされたものである。
導線21は、直線状の複数の延在部21aと、2つの引出部21bと、を含んでいる。複数の延在部21aは、導線21の各周をなす略矩形状の4辺をそれぞれ構成している。各延在部21aの間には、それぞれ略直角に湾曲した折曲部が設けられている。複数の延在部21aは、折曲部を介して順に連続することにより、導線21の各周を構成している。同じ側の辺をなす隣り合う延在部21a同士は、互いに平行であり、所定の間隔を有している。一方の引出部21bは、最も内側に位置する延在部21aの先端から保持部材22の裏面側に延びており、保持部材22の外側まで引き出されている。他方の引出部21bは、最も外側に位置する延在部21aの先端から延びており、保持部材22の外側まで引き出されている。
保持部材22は、上述したように、例えば矩形平板状を呈しており、表面側において導線21を保持している。保持部材22の表面は、車両2(コイル装置6)側に向けられている。保持部材22には、導線21を収容する溝部22aが設けられている。溝部22aは、保持部材22の表面側に開放されている。保持部材22は、例えば、非磁性及び絶縁性の材料(ポリフェニレンサルファイド樹脂等)で形成されている。
磁性部材15は、コイル部20から発生した磁力線の方向付け及び集約を行う。磁性部材15は、例えばフェライト板等である。
ハウジング16は、例えば扁平な直方体状であって、図2に示されるように、平板状のベース17と、コイル部20を覆うカバー18と、を含んでいる。ベース17は、コイル装置5の強度を確保し、コイル部20に因る磁束がベース17の裏側(カバー18側とは反対側)に漏れることを抑えている。ベース17上には、磁性部材15を介してコイル部20が載置されている。ベース17は、例えば非磁性及び導電性の材料(銅、アルミニウム等)で形成されている。カバー18は、ベース17側に開口部を有し、カバー18の内面は、保持部材22の表面及び側面と離れて対向している。カバー18は、例えば非磁性及び絶縁性の材料(ポリフェニレンサルファイド樹脂等)で形成されている。ベース17の周縁部とカバー18の開口部の周縁部とが合わさることにより、コイル部20及び磁性部材15の収容空間が形成される。
冷却剤30は、流動性及び熱伝導性を有している。特に、冷却剤30は、空気よりも高い熱伝導率を有している。空気よりも高い熱伝導率とは、同じ圧力且つ同じ温度での環境下で測定された場合に冷却剤30の熱伝導率が空気よりも高いことを意味する。冷却剤30は、ハウジング16とコイル部20との間に位置している。より詳細には、冷却剤30は、カバー18の内面と、保持部材22の表面及び側面と、で囲まれた領域内に位置している。冷却剤30は、例えばカバー18に設けられた孔部(図示省略)を通じてハウジング16とコイル部20の間に封入される。冷却剤30は、円滑な流動が可能な程度の容量でハウジング16とコイル部20との間に封入されている。冷却剤30は、円滑な流動が可能であれば、ハウジング16とコイル部20との間の全域に封入(充填)されていてもよいし、一部に封入されていてもよい。
冷却剤30は、冷却流体31と、冷却流体31に混入された磁性粉末32と、を含んでいる。冷却流体31としては、例えば絶縁油が好ましい。絶縁油は、電気伝導性が極めて低いため、導線21への悪影響を抑制することができる。なお、冷却流体31は、これに限られず、流動性及び熱伝導性を有する流体であればよい。冷却流体31は、例えば、水、液体アンモニア等の液体、もしくはアンモニア、メタン等の気体であってもよい。冷却流体31が、水のように電気を通す物質である場合、導線21は、例えば、絶縁物で被膜される。コイル装置5は、冷却流体31として液体を用いた場合には、外部からの衝撃の吸収性に優れ、気体と比べて外圧の変化による膨張及び収縮も抑制される。
磁性粉末32は、磁性を有する粉末である。「粉末」とは、例えば直径数nm〜数百μm程度の粉体であって、「粒子」又は「粒」であってもよい。磁性粉末32の熱伝導率は、冷却流体31の熱伝導率に比べて高くても低くてもよく、同程度であってもよい。磁性粉末32は、本体部分32aと、本体部分32aの外周面を覆う外層32bと、を含んでいる。本体部分32aとしては、例えばフェライト等の材料が用いられる。外層32bは、冷却流体31との間の親和性を低下させる表面処理が施された層である。言い換えると、磁性粉末32には、冷却流体31との間の親和性を低下させる表面処理が施されている。冷却流体31として油(絶縁油)が用いられる場合、磁性粉末32には、親水性を与える表面処理が施される。冷却流体31として水が用いられる場合、磁性粉末32には、疎水性を与える表面処理が施される。
受電側のコイル装置6は、上述したように、車両2に設けられている。コイル装置6は、コイル装置5と同様の構成を有している。すなわち、コイル装置6は、平板状のコイル部40と、コイル部40が載置された平板状の磁性部材61と、コイル部40及び磁性部材61を収容するハウジング62と、ハウジング62内に位置する冷却剤50と、を備えている。
コイル部40は、導線41と、導線41を表面側で保持する保持部材42と、を含んでいる。保持部材42は、例えば矩形平板状であり、保持部材42の表面は、コイル装置5側に向けられている。導線41は、保持部材42の表面側において平面渦巻状に巻回されている。ハウジング16は、例えば扁平な直方体状であって、平板状のベース63と、コイル部40を覆うカバー64と、を含んでいる。冷却剤50は、冷却流体51と、冷却流体51に混入された磁性粉末52と、を含んでいる。冷却剤50(すなわち、冷却流体51及び磁性粉末52)は、冷却剤30と同じ構成を有していてもよいし、異なる構成を有していてもよい。なお、各構成要素の更なる詳細な説明は、コイル装置5の各構成要素の説明と重複するため、省略する。
このように構成された非接触給電システム1では、電源部10によって、コイル装置5の導線21に電流が流れると、導線21の電気抵抗により導線21から熱が発生する。導線21で発生した熱は、保持部材22に伝達され、その後、冷却剤30を介してハウジング16外に放熱される。
また、導線21に電流が流れると、コイル部20に磁束が発生する。コイル部20からの磁束は、巻軸L1近傍に存在するコイル部20の磁極から、巻軸L2近傍に存在するコイル部40の磁極に向かって延び、コイル装置6のコイル部40に鎖交する。これにより、コイル部20,40同士が電磁気的に結合する。このとき、コイル部40の導線41には、電流(例えば誘導電流)が流れる。コイル装置5のコイル部20を流れる電流の位相と、コイル装置6のコイル部40を流れる電流の位相とは、互いに異なり得る。導線41に電流が流れると、導線41から熱が発生する。導線41で発生した熱は、保持部材42に伝達され、その後、冷却剤50を介してハウジング62外に放熱される。
以上説明したように、コイル装置5,6は、ハウジング16,62内に位置し、流動性及び熱伝導性を有する冷却剤30,50を備えている。コイル装置5,6のコイル部20,40(具体的には導線21,41)に電流が流れると、コイル部20,40でそれぞれ熱が発生する。コイル部20,40で発生した熱は、冷却剤30,50を介してハウジング16,62外に放熱される。よって、コイル部20,40(具体的には導線21,41)の冷却効率を向上させることができる。
また、冷却剤30,50は、流動性を有している。冷却剤30,50は、例えばハウジング内の面に塗布されて流動性を有しないような熱伝導性の絶縁樹脂等とは相違する。導線21,41で熱が発生すると、冷却剤30,50は温められる。このとき、冷却剤30,50は、温度差に起因する自然対流によってハウジング16,62内をそれぞれ移動する。これにより、温められた冷却剤30,50がコイル部20,40に近い側で留まり続けず、温められていない冷却剤30,50がコイル部20,40に近い側へ移動する。この結果、コイル部20,40の冷却効率を向上させることができる。
また、冷却剤30,50は、冷却流体31,51と、冷却流体31,51に混入された磁性粉末32,52と、を含んでいる。磁性粉末32,52の熱伝導率は、冷却流体31,51の熱伝導率に比べて高い場合がある。冷却剤30,50が、このような磁性粉末32,52を含むことにより、冷却剤30,50の熱伝導性が向上する。よって、コイル部20,40の冷却効率を一層向上させることができる。
また、コイル装置5の磁性粉末32は、非接触給電中において、巻軸L1近傍に存在するコイル部20の磁極に引っ張られて、コイル部20,40間の磁束経路上に位置する。同様に、コイル装置6の磁性粉末52は、非接触給電中において、巻軸L2近傍に存在するコイル部40の磁極に引っ張られて、コイル部20,40間の磁束経路上に位置する。磁性粉末32,52が磁束経路上に位置することで、磁束経路がその分短くなる。このため、コイル部20からの磁束は、コイル部40に一層鎖交しやすくなる。すなわち、コイル部20,40間の結合係数を上げることができる。この結果、電力伝送性能を向上させることができる。
また、磁性粉末32,52には、冷却流体31,51との間の親和性を低下させる表面処理が施されている。これにより、磁性粉末32同士及び磁性粉末52同士の凝集が抑制されて磁性粉末32,52に渦電流が流れにくくなる。この結果、磁性粉末32,52自体の発熱が抑制される。
また、各コイル装置5,6の各コイル部20,40に電流が流れると、各コイル装置5,6によってそれぞれ磁界が発生し、勾配のついた磁界中に存在する磁性粉末32,52には磁気力が発生する。非接触給電システム1では、コイル部20,40に流れる電流の位相が互いに異なること、又は、これらの電流が発生させる磁界の勾配の方向と大きさが互いに異なることにより、磁性粉末32,52に作用する磁気力に差分が生じ、各コイル装置5,6間に磁気勾配が生じる。磁気勾配の向きは、各導線21,41に流れる電流(交流電流)の周期に伴って各コイル装置5,6間で繰り返し反転する。磁性粉末32,52は、磁気力が強い側のコイル装置5,6に引っ張られるため、電流の周期に伴って引っ張られる方向が繰り返し反転する。このため、磁性粉末32,52の移動方向が変化し、磁性粉末32,52は例えば振動する。磁性粉末32,52の移動により、冷却剤30,50が撹拌される。これにより、温められた冷却剤30,50がコイル部20,40に近い側で留まり続けず、温められていない冷却剤30,50が保持部材に近い側へ移動する。よって、コイル部20,40の冷却効率を向上させることができる。
また、非接触給電システム1では、送電側のコイル装置5に供給する電流の周波数を、非接触給電用の第1周波数と第1周波数よりも小さい第2周波数との間で切替え可能である電源部10を備えている。第2周波数の電流をコイル装置5に供給した場合、各コイル装置5,6間に生じる磁気勾配の向きが反転するタイミングは、第1周波数の電流をコイル装置5に供給した場合と比べて遅くなり、磁性粉末32,52が引っ張られる方向が反転するタイミングも遅くなる。つまり、電流の周波数を第2周波数に切り替えることにより、第1周波数の場合と比べて、磁性粉末32,52の移動距離が長くなる。これにより、冷却流体31,51の移動距離も長くなるので、冷却剤30,50が一層撹拌される。よって、コイル部20,40の冷却効率を一層向上させることができる。
ここで、コイル装置5,6に位置ずれが生じている場合について説明する。コイル装置5,6に位置ずれが生じている場合とは、図4に示されるように、コイル装置5,6が、巻軸L1,L2と直交する方向に互いにずれている場合である。コイル装置5,6の一部同士は、巻軸L1,L2方向から見て互いに重なっている。この場合においても、コイル部20からの磁束は、巻軸L1近傍に存在するコイル部20の磁極から、巻軸L2近傍に存在するコイル部40の磁極に向かって延び、コイル装置6のコイル部40に鎖交する。しかしながら、コイル部20,40間の磁束経路は、コイル装置5,6に位置ずれが生じていない場合と比べて長くなる。
各コイル装置5,6の各導線21,41に電流が流れると、各コイル装置5,6によってそれぞれ磁界が発生し、勾配のついた磁界中に存在する磁性粉末32,52には磁気力が発生する。非接触給電システム1では、コイル部20,40に流れる電流の位相が互いに異なること、又は、これらの電流が発生させる磁界の勾配の方向と大きさが互いに異なることにより、磁性粉末32,52に作用する磁気力に差分が生じ、各コイル装置5,6間に磁気勾配が生じる。コイル装置5では、巻軸L1と直交する方向において、コイル装置6に近い側ほど磁気力が大きくなり、コイル装置6から遠い側ほど磁気力が小さくなる。また、コイル装置6では、巻軸L2と直交する方向において、コイル装置5に近い側ほど磁気力が大きくなり、コイル装置5から遠い側ほど磁気力が小さくなる。この結果、コイル装置5の磁性粉末32は、磁束経路を含んでコイル装置6側に寄り、コイル装置6の磁性粉末52は、磁束経路を含んでコイル装置5側に寄る。磁性粉末32,52が磁束経路上に位置することで、磁束経路がその分短くなる。すなわち、コイル部20からの磁束経路は、磁性粉末32が存在する領域と、磁性粉末52が存在する領域との分だけ短くなる。このように、磁性粉末32,52が存在することにより、コイル部20からの磁束は、コイル部40に鎖交しやすくなる。すなわち、コイル部20,40間の結合係数の低下が抑制され、この結果、電力伝送性能の低下を抑制することができる。
以上、本発明のいくつか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ものではない。
例えば、図5及び図6に示されるように、コイル装置5Aは、巻回された導線21の巻軸L1を取り囲み、冷却流体31の通過を許容すると共に磁性粉末32の通過を制限する制限部材71を更に備えていてもよい。
制限部材71は、保持部材22の表面とカバー18の内面の間に位置している。制限部材71は、図6に示されるように、略矩形環状の部材である。制限部材71は、巻軸L1方向から見て、巻回された導線21を取り囲むように、最外周をなす4つの延在部21aの周囲に延在している。制限部材71としては、例えばフィルタ等が用いられる。磁性粉末32は、制限部材71の外側に存在している。制限部材71は、フィルタの孔の口径を磁性粉末32の大きさよりも小さくすることにより、巻軸L1側への磁性粉末32の移動を制限する。また、制限部材71は、フィルタの孔の口径を冷却流体31の粒子の大きさよりも大きくすることにより、冷却流体31の通過を許可する。
これにより、巻回された導線21の巻軸L1近傍に存在する磁極から磁性粉末32を遠ざけることができる。このため、コイル装置5Aの一方の磁極から生じた磁束が、磁性粉末32の影響によって、コイル装置6を経由せずにコイル装置5Aの他方の磁極に戻ってしまう、ということ(いわゆる磁束の自己リターン)を抑制することができる。このため、コイル装置5Aのコイル部20からの磁束は、コイル装置6のコイル部40に一層鎖交しやすくなる。すなわち、コイル部20,40間の結合係数を上げることができる。この結果、電力伝送性能を向上させることができる。
なお、制限部材71は、巻軸L1方向から見て、巻回された導線21を取り囲むように、最外周をなす4つの延在部21aの周囲に延在していることとしたが、制限部材71は、磁束の自己リターンが許容範囲内であれば、更に巻軸L1側に配置されていてもよい。また、制限部材71は、より確実に磁束の自己リターンを抑制するために保持部材22の周縁部近傍まで近づけて配置してもよい。
また、上記実施形態では、冷却剤30,50は、ハウジング16とコイル部20との間、及びハウジング62とコイル部40との間に位置していることとしたが、ハウジング16,62内であれば、いずれの箇所に位置していてもよい。例えば、図7の(a)に示されるように、コイル部20の保持部材23の内部に設けられていてもよい。保持部材23は、保持部材23の表面側に開放された溝部23aを含んでいる。導線21と絶縁性を有する管81とは、溝部23aの深さ方向に隣り合うように、互いに接触して溝部23aに収容されている。管81内には、冷却剤30が収容されている。これにより、導線21で生じた熱は、管81を介して素早く冷却剤30に伝達される。よって、コイル部20の冷却効率を一層向上させることができる。なお、導線21が絶縁物で被膜されていれば、管81は、絶縁性を有していなくてもよい。
また、図7の(b)に示されるように、冷却剤30は、コイル部20の保持部材24の内部に設けられていてもよい。保持部材24は、保持部材24の表面側に開放された溝部24aを含んでいる。導線21と絶縁性を有する管81とは、保持部材24の表面と平行な方向に隣り合うように、互いに接触して溝部24aに収容されている。管81内には、冷却剤30が収容されている。これにより、導線21で生じた熱は、管81を介して素早く冷却剤30に伝達される。よって、コイル部20の冷却効率を一層向上させることができる。なお、導線21が絶縁物で被膜されていれば、管81は、絶縁性を有していなくてもよい。
また、冷却剤30は、磁性部材15の内部に位置していてもよい。この場合、導線21で生じた熱は、保持部材22及び磁性部材15を介して冷却剤30に伝達される。導線21からの熱は冷却剤30に直接伝わるわけではないが、熱の伝達経路に空気が介在しない、又はほとんど介在しない。よって、コイル部20の冷却効率を向上させることができる。また、導線21を中空とし、導線21の内部に冷却剤30を位置させてもよい。
また、上記実施形態では、コイル装置5のコイル部20を流れる電流の位相と、コイル装置6のコイル部40を流れる電流の位相とは、互いに異なり得ることとしたが、コイル部20を流れる電流とコイル部40を流れる電流とにおいて、位相及び振幅の少なくとも一方が互いに異なっていればよい。この場合も、上記と同様、各コイル装置5,6間に磁気勾配が生じるため、磁性粉末32,52の移動方向が変化し、この結果、冷却剤30,50が撹拌される。したがって、コイル部20,40の冷却効率を向上させることができる。
また、上記実施形態では、コイル装置5,6は、同様の構成を有していることとしたが、例えば、コイル装置5のみ、または、コイル装置6のみに本発明の構成を適用してもよい。たとえば、送電側であるコイル装置5のみに冷却剤30が設けられる場合には、送電側のコイル部20の冷却効率を向上させることができる。受電側であるコイル装置6のみに冷却剤50が設けられる場合には、受電側のコイル部40の冷却効率を向上させることができる。コイル装置5およびコイル装置6のいずれか一方に、磁性粉末(磁性粉末32または磁性粉末52)を含む冷却剤が設けられる場合には、磁気勾配の向きの反転に伴い、そのいずれか一方のコイル装置において、磁性粉末の移動方向が変化する。さらに、コイル装置5に供給する電流の周波数を第1周波数と第2周波数とに切り替える場合には、そのいずれか一方のコイル装置において、磁性粉末の移動距離が長くなる。これらの作用が生じることにより、いずれか一方のコイル装置において、コイル部の冷却効率を一層向上させることができる。磁性粉末の通過を制限する制限部材は、受電側のコイル装置のみに設けられてもよく、送電側および受電側の両方のコイル装置に設けられてもよい。
上記実施形態では、サーキュラー型のコイル部20,40としたが、これに限られない。例えば、導線を三次元空間的に螺旋状に巻回したソレノイド型のコイル部であってもよい。この場合、導線を保持する保持部材の形状は、扁平な四角筒状、円筒状、楕円筒状等のいずれであってもよい。
上記実施形態では、冷却剤30,50は、ハウジング16,62内に位置することとしたが、ハウジング16,62の内外を流通していてもよい。例えば、図7に示す管81をハウジング16,62の外側まで延ばし、ハウジング16の内外で冷却剤30,50を循環させてもよい。
また、二枚の金属板と、その間に設けられた金属電極及び半導体と、を含むペルチェ素子が設けられていてもよい。この場合、送電側のコイル装置5の冷却剤30に一方の金属板を間接的又は直接的に接触させる。すると、熱を吸収した冷却剤30から熱が一方の金属板に伝わる。他方の金属板は、周囲環境にさらす。これにより、2枚の金属板間に温度差が生まれ、ゼーベック効果を利用した発電が行われる。よって、熱エネルギーを電気エネルギーに変換でき、エネルギーの有効活用が可能になる。
また、上記実施形態では、コイルシステムのうち、非接触給電システムに本発明を適用した場合について説明したが、非接触給電システムに限定されるものではなく、例えば、誘導加熱システム、又は渦流探傷システム等のコイルシステムに本発明を適用してもよい。
1 非接触給電システム
2 車両
3 送電装置
4 受電装置
5 コイル装置
6 コイル装置
7 受電回路
8 充電回路
9 バッテリ
10 電源部
11 外部電源
12 整流回路
13 送電回路
14 制御部
15 磁性部材
16 ハウジング
17 ベース
18 カバー
20 コイル部
21 導線
22 保持部材
23 保持部材
24 保持部材
30 冷却剤
31 冷却流体
32 磁性粉末
32a 本体部分
32b 外層
40 コイル部
41 導線
42 保持部材
50 冷却剤
51 冷却流体
52 磁性粉末
61 磁性部材
62 ハウジング
63 ベース
64 カバー
71 制限部材
81 管
L1 巻軸(中心軸)

Claims (5)

  1. 導線と、前記導線を保持する保持部材とを含むコイル部と、
    前記コイル部を収容するハウジングと、
    前記ハウジング内に位置し、流動性及び熱伝導性を有する冷却剤と、を備え、
    前記冷却剤は、冷却流体と、前記冷却流体に混入された磁性粉末と、を含み、
    前記保持部材は、非磁性かつ絶縁性の材料で形成されており、
    前記コイル部の前記導線は、前記保持部材において平面渦巻状に巻回され
    巻回された前記導線の中心軸を取り囲み、前記冷却流体の通過を許容すると共に前記磁性粉末の通過を制限する制限部材を更に備え、
    前記磁性粉末は、前記制限部材の外側に存在しており、
    前記制限部材は、前記中心軸側への前記磁性粉末の移動を制限する、コイル装置。
  2. 前記磁性粉末には、前記冷却流体との間の親和性を低下させる表面処理が施されている、請求項に記載のコイル装置。
  3. 請求項1または2に記載のコイル装置と、
    他のコイル部を含む他のコイル装置と、を備え、
    前記コイル装置の前記コイル部を流れる電流と前記他のコイル装置の前記他のコイル部を流れる電流とにおいて、位相及び振幅の少なくとも一方が互いに異なる、コイルシステム。
  4. 前記コイル装置と前記他のコイル装置との間で非接触給電を行うコイルシステムであって、
    送電側である前記コイル装置に接続されており、前記コイル装置に供給する電流の周波数を、非接触給電用の第1周波数と前記第1周波数よりも小さい第2周波数との間で切替え可能である電源部を更に備える、請求項に記載のコイルシステム。
  5. 前記コイル装置と前記他のコイル装置との間で非接触給電を行うコイルシステムであって、
    送電側である前記他のコイル装置に接続されており、前記他のコイル装置に供給する電流の周波数を、非接触給電用の第1周波数と前記第1周波数よりも小さい第2周波数との間で切替え可能である電源部を更に備える、請求項に記載のコイルシステム。
JP2015176910A 2015-08-25 2015-09-08 コイル装置及びコイルシステム Active JP6665454B2 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015176910A JP6665454B2 (ja) 2015-09-08 2015-09-08 コイル装置及びコイルシステム
PCT/JP2016/074224 WO2017033859A1 (ja) 2015-08-25 2016-08-19 コイル装置及びコイルシステム
DE112016003866.6T DE112016003866T5 (de) 2015-08-25 2016-08-19 Spuleneinrichtung und Spulensystem
US15/754,347 US10784035B2 (en) 2015-08-25 2016-08-19 Coil device and coil system
CN201680047167.0A CN107924752B (zh) 2015-08-25 2016-08-19 线圈装置以及线圈系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015176910A JP6665454B2 (ja) 2015-09-08 2015-09-08 コイル装置及びコイルシステム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017054886A JP2017054886A (ja) 2017-03-16
JP6665454B2 true JP6665454B2 (ja) 2020-03-13

Family

ID=58317241

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015176910A Active JP6665454B2 (ja) 2015-08-25 2015-09-08 コイル装置及びコイルシステム

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6665454B2 (ja)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6881083B2 (ja) * 2017-06-26 2021-06-02 株式会社Ihi コイル装置
KR101833777B1 (ko) 2018-01-04 2018-04-13 (주)그린파워 무선전력전송장치의 집전 코일 및 그 제작 방법
JP7063002B2 (ja) 2018-02-23 2022-05-09 株式会社Ihi コイル装置
DE102018203555A1 (de) * 2018-03-08 2019-09-12 Mahle International Gmbh Induktionsladevorrichtung
CN110048515B (zh) * 2019-05-23 2023-11-28 昆山联滔电子有限公司 无线充电模组及其制作工艺
US20220328232A1 (en) * 2019-10-29 2022-10-13 Skc Co., Ltd. Wireless charging device and moving means including same
KR20210061719A (ko) * 2019-11-20 2021-05-28 에스케이씨 주식회사 무선충전 패드, 무선충전 장치, 및 이를 포함하는 전기 자동차
KR102432872B1 (ko) * 2020-12-17 2022-08-16 에스케이씨 주식회사 무선충전 장치 및 이를 포함하는 이동 수단

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54114716A (en) * 1978-02-28 1979-09-07 Tdk Corp Transformer
JPH07114536B2 (ja) * 1989-09-26 1995-12-06 セイコー電子工業株式会社 充電式電子機器
US5462685A (en) * 1993-12-14 1995-10-31 Ferrofluidics Corporation Ferrofluid-cooled electromagnetic device and improved cooling method
JPH1187140A (ja) * 1997-09-04 1999-03-30 Res Dev Corp Of Japan 磁性流体を用いた高周波用インダクタ
JP4403611B2 (ja) * 1999-08-24 2010-01-27 Nok株式会社 軸シール
JP4317982B2 (ja) * 2002-10-18 2009-08-19 大阪瓦斯株式会社 磁性流体
EP2667390B1 (en) * 2011-01-19 2018-10-31 Technova Inc. Contactless power transfer system
JP6221411B2 (ja) * 2013-06-27 2017-11-01 Tdk株式会社 ワイヤレス電力伝送用コイルユニット

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017054886A (ja) 2017-03-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6665454B2 (ja) コイル装置及びコイルシステム
US10784035B2 (en) Coil device and coil system
JP6400663B2 (ja) 非接触給電トランス
JP6743432B2 (ja) コイル装置
Cui et al. A novel arc-shaped lightweight magnetic coupler for AUV wireless power transfer
US10002708B2 (en) Coil unit and wireless power transmission device
JP6475684B2 (ja) コイルユニット
US10014105B2 (en) Coil unit and wireless power transmission device
JP2017535058A (ja) 磁場を受信し、磁気誘導によって電気エネルギーを生み出すための、具体的には車両によって使用される、受信装置
JP5813973B2 (ja) 非接触給電用コイル装置
JP5592242B2 (ja) 受電装置、送電装置、及び無線電力伝送システム
JP2012119615A (ja) 受電装置、送電装置、無線電力伝送システム、及びコイル用導電性線材
JP2013172503A (ja) コイルユニット及び非接触給電システム
JP2017045792A (ja) コイル装置
JP5592241B2 (ja) 受電装置、送電装置、及び無線電力伝送システム
JP6111645B2 (ja) コイル装置及びそれを用いたワイヤレス電力伝送システム
JP6460373B2 (ja) コイルユニットおよびワイヤレス電力伝送装置
Wang et al. Halbach-type coupler WPT system with flux-shielding function for linear motor
WO2012102008A1 (ja) 非接触給電システムに用いられるコイルユニット
JP2016171667A (ja) 非接触給電装置および非接触給電システム
CN104682525A (zh) 电动汽车无线充电发射盘
JP6340968B2 (ja) コイルユニットおよびワイヤレス電力伝送装置
JP6579009B2 (ja) ワイヤレス電力伝送システム
KR101873399B1 (ko) 무선전력전송장치의 공진 인덕터 및 그 제작 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180723

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190625

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190815

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20191112

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200108

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: 20200121

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200203

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6665454

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151