JP7357310B2 - Solenoid coil unit and non-contact power supply device - Google Patents

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本開示は、磁界結合によって給電側から受電側に非接触で電力を伝送する非接触給電装置及び、非接触給電装置に用いるソレノイドコイルユニットに関するものである。 The present disclosure relates to a contactless power supply device that non-contactly transmits power from a power supply side to a power reception side by magnetic field coupling, and a solenoid coil unit used in the contactless power supply device.

近年、電子デバイスや電動モビリティ等に対し、ケーブルを用いることなく電力を伝送する、非接触給電装置が注目されている。具体的には、受電側ユニットを搭載した電気自動車などに対し、駐車場に設置された給電側ユニットを用いて非接触で充電したり、或いは走行中に道路側に設置された給電側ユニットを用いて非接触で充電したりすることが可能となる技術である。 In recent years, contactless power supply devices that transmit power to electronic devices, electric mobility, etc. without using cables have been attracting attention. Specifically, an electric vehicle equipped with a power receiving unit can be charged contactlessly using a power supplying unit installed in a parking lot, or a power supplying unit installed on the road side can be charged while driving. This technology enables contactless charging.

非接触給電装置に用いられるコイルユニットの方式は、大きく、図16(A)に示すサーキュラー型と、図16(B)に示すソレノイド型に分けることができる。図16(A)に示すように、サーキュラーコイルユニット100Aは円盤状のフェライトコア102Aの片面に同心円上にコイル101Aを巻いた構成を有しており、片側巻方式とも呼ばれる。図16(B)に示すように、ソレノイドコイルユニット100Bは平板状のフェライトコア102Bにコイル101Bを巻回した構成を有しており、両側巻方式とも呼ばれる。 The types of coil units used in non-contact power supply devices can be roughly divided into a circular type shown in FIG. 16(A) and a solenoid type shown in FIG. 16(B). As shown in FIG. 16A, the circular coil unit 100A has a configuration in which a coil 101A is concentrically wound on one side of a disk-shaped ferrite core 102A, and is also called a one-sided winding method. As shown in FIG. 16(B), the solenoid coil unit 100B has a configuration in which a coil 101B is wound around a flat ferrite core 102B, and is also called a double-sided winding method.

いずれの方式においても、電力を伝送する効率の低下は損失が増えるのみでなく発熱の原因となることから、非接触給電装置としての伝送効率を上げることは極めて重要な課題となる。伝送効率を上げるためには、給電側ユニットと受電側ユニットの間の結合係数kを高くし、コイルのQ値を大きくすることが重要な事項であることが知られている。 In either method, a decrease in power transmission efficiency not only increases loss but also causes heat generation, so increasing the transmission efficiency of a non-contact power supply device is an extremely important issue. It is known that in order to increase transmission efficiency, it is important to increase the coupling coefficient k between the power feeding side unit and the power receiving side unit and to increase the Q value of the coil.

一般的には、サーキュラーコイルユニットは結合係数kが高い反面、給電側ユニットと受電側ユニットの位置ずれに対する許容量が小さい特性がある。一方、ソレノイドコイルユニットは背面に漏れ磁束があり結合係数が若干低くなるものの、位置ずれに対する許容量が大きい特性があるといわれている(特許文献1)。給電側ユニットと受電側ユニットの位置ずれに対する許容量は「ロバスト性」と呼ばれ、非接触給電の社会実装に向けた大きな課題となっている。 Generally, although a circular coil unit has a high coupling coefficient k, it has a characteristic that it has a small tolerance for positional deviation between the power feeding side unit and the power receiving side unit. On the other hand, although the solenoid coil unit has a leakage magnetic flux on the back surface and has a slightly lower coupling coefficient, it is said to have a characteristic of having a large tolerance against positional deviation (Patent Document 1). The tolerance for misalignment between the power supply and power receiving units is called "robustness," and is a major issue in the social implementation of wireless power transfer.

ハイブリッドカーや電気自動車などの電動モビリティへの非接触給電技術に関しては、将来的には走行中の給電を可能とする技術が必要になると考えられている。走行中給電を想定した場合は、モビリティの前後の移動方向の位置ずれと前後の移動方向に直交する移動方向である横方向への位置ずれの両方に対して、ロバスト性を高く確保することが求められる。 Regarding contactless power supply technology for electric mobility such as hybrid cars and electric vehicles, it is believed that technology that enables power supply while driving will be necessary in the future. When assuming power supply while driving, it is necessary to ensure high robustness against both displacement in the front-rear movement direction of the mobility vehicle and displacement in the lateral direction, which is the direction of movement perpendicular to the front-rear movement direction. Desired.

図17に、非特許文献1の図4.2に基づく、H型コアを用いたソレノイド型とサーキュラー型の各コイルユニットにおけるロバスト性を示すグラフを示す。グラフHx,Hyはそれぞれ、ソレノイド型のコイルユニットについてのx方向およびy方向への位置ずれによる結合係数の変化を示しており、グラフCrは、サーキュラー型のコイルユニットの位置ずれによる結合係数の変化を示している。横軸に示す位置ずれ量が大きくなると、サーキュラーコイルユニットは急激に結合係数が減少して電力伝送ができない状態になる。H型コアを用いたソレノイドコイルユニットの場合は、ソレノイドコイルの特性により、サーキュラーコイルユニットよりも位置ずれに対するロバスト性は高い。しかしながら、H型コアの形状の特性上、位置ずれの方向や位置ずれ量によっては、結合係数が著しく低下する場合があり、依然として改良の余地があると言える。 FIG. 17 shows a graph showing the robustness of each of the solenoid type and circular type coil units using an H-shaped core, based on FIG. 4.2 of Non-Patent Document 1. Graphs Hx and Hy show changes in the coupling coefficient due to positional deviation in the x and y directions for the solenoid-type coil unit, respectively, and graph Cr shows changes in the coupling coefficient due to positional deviation in the circular-type coil unit. It shows. When the amount of positional deviation shown on the horizontal axis becomes large, the coupling coefficient of the circular coil unit rapidly decreases and power transmission becomes impossible. In the case of a solenoid coil unit using an H-shaped core, the robustness against positional deviation is higher than that of a circular coil unit due to the characteristics of the solenoid coil. However, due to the characteristics of the shape of the H-shaped core, the coupling coefficient may drop significantly depending on the direction and amount of misalignment, and it can be said that there is still room for improvement.

また、電動モビリティへの非接触給電を考えた場合、給電側コイルユニットと受電側コイルユニットとの間には車種に応じて100mm~250mm程度のギャップが存在することになる。このギャップに対応できるコイルユニットを具体的に設計すると、従来のサーキュラー型やソレノイド型のコイルユニットでは重くなりすぎる問題がある。この点、特許文献1には、コイルユニットの軽量化を目的として、平板状コアのうちコイルが巻回されている被コイル部の幅を、コイルが巻回されていない磁極部の幅より細くしたH型コアを採用したソレノイドコイルユニットが開示されている。 Furthermore, when considering contactless power supply to electric mobility, a gap of approximately 100 mm to 250 mm exists between the power supply side coil unit and the power reception side coil unit depending on the vehicle type. When specifically designing a coil unit that can accommodate this gap, there is a problem that conventional circular or solenoid type coil units are too heavy. In this regard, Patent Document 1 states that, for the purpose of reducing the weight of the coil unit, the width of the coiled part of the flat core where the coil is wound is narrower than the width of the magnetic pole part where the coil is not wound. A solenoid coil unit employing an H-shaped core is disclosed.

特許文献1に開示されているH型コアを用いると、ソレノイドコイルユニットは、従来の平板状のものよりは軽量化することが可能である。しかしながら、非特許文献2に開示されている実験条件の詳細によると、コイル間のギャップは70mm~100mm程度で設計されている。これを、給電性能を維持したまま200mm程度のギャップに対応させるためには、ソレノイドコイルユニットが大型化する可能性があり、結果として、H型コアの実用化にはさらなる軽量化が必要となる可能性がある。実際、これまでの実証実験で用いられたコイルユニットの重量は、出力に応じて数十kgから100kgの重さになっており、モビリティに搭載することは現実的ではないことがわかる。 When the H-shaped core disclosed in Patent Document 1 is used, the solenoid coil unit can be made lighter than a conventional flat plate-shaped one. However, according to the details of the experimental conditions disclosed in Non-Patent Document 2, the gap between the coils is designed to be approximately 70 mm to 100 mm. In order to accommodate a gap of approximately 200 mm while maintaining power feeding performance, the solenoid coil unit may become larger, and as a result, further weight reduction will be required for practical use of the H-shaped core. there is a possibility. In fact, the weight of the coil units used in past demonstration experiments has ranged from several tens of kilograms to 100 kilograms, depending on the output, making it impractical to mount them on mobility vehicles.

特開2011-50127号公報Japanese Patent Application Publication No. 2011-50127

山田潤 学位論文「電気自動車用走行中非接触給電に適したコイル形状と共振回路方式の基礎的検討」2018年3月 埼玉大学大学院理工学研究科Jun Yamada Dissertation "Basic study of coil shape and resonant circuit system suitable for non-contact power supply during driving for electric vehicles" March 2018 Saitama University Graduate School of Science and Engineering 千明、長塚、金子、阿部、保田、鈴木 「新コア構造による電気自動車用非接触給電トランスの小型軽量化」(SPC-11-048)Chiaki, Nagatsuka, Kaneko, Abe, Yasuda, Suzuki “Size and weight reduction of non-contact power transfer transformer for electric vehicles using new core structure” (SPC-11-048)

以上のように、特許文献1に開示されているH型コアを採用したソレノイドコイルユニットを用いることで、一定の軽量化とロバスト性を実現することができる。しかしながら、これから始まる非接触給電の本格的な社会実装と、走行中給電を見据えたコイル方式の選択を考慮すると、結合係数、ロバスト性、軽量化の全てを満たす状態には達しているとは言ない。 As described above, by using the solenoid coil unit that employs the H-shaped core disclosed in Patent Document 1, it is possible to achieve a certain degree of weight reduction and robustness. However, considering the full-scale social implementation of non-contact power transfer that is about to begin, and the selection of coil systems with an eye on power transfer while driving, it is difficult to say that we have reached a state that satisfies all aspects of coupling coefficient, robustness, and weight reduction. do not have.

本開示の目的は、非接触給電の本格的な社会実装に向けて、「結合係数」、「ロバスト性」、「軽量化」の全てを高い次元で成立させるソレノイドコイルユニットと当該ソレノイドコイルユニットを用いた非接触給電装置を提供することにある。 The purpose of the present disclosure is to develop a solenoid coil unit that achieves all of "coupling coefficient", "robustness", and "lightweight" at a high level, and the solenoid coil unit, with the aim of full-scale social implementation of wireless power transfer. An object of the present invention is to provide a non-contact power supply device using the present invention.

上述した課題を解決するための第1の形態は、他のソレノイドコイルユニットと非接触で電力の授受を行うソレノイドコイルユニットとして提供される。この形態のソレノイドコイルユニットは、前記他のソレノイドコイルユニットが備える他のソレノイドコイルに対して、中心軸方向に直交する離間方向に所定の離間距離を隔てて並列に設置されるソレノイドコイルと、前記ソレノイドコイルが巻回され、前記ソレノイドコイルの前記中心軸方向の長さより長い棒状コアと、を備える。前記棒状コアは、前記ソレノイドコイルが巻回された中央部と、前記ソレノイドコイルの両端から延び出ている端部と、を有し、前記中央部の幅に対する長さの比率は2以上であり、前記ソレノイドコイルの前記中心軸方向の長さは、前記離間距離の略2倍である。 A first form for solving the above problems is provided as a solenoid coil unit that exchanges power with other solenoid coil units in a non-contact manner. The solenoid coil unit of this form includes a solenoid coil installed in parallel with the other solenoid coil provided in the other solenoid coil unit at a predetermined distance in a separation direction perpendicular to the central axis direction; A rod-shaped core is wound around a solenoid coil and is longer than the length of the solenoid coil in the central axis direction. The rod-shaped core has a central portion around which the solenoid coil is wound, and end portions extending from both ends of the solenoid coil, and the ratio of the length to the width of the central portion is 2 or more. , the length of the solenoid coil in the central axis direction is approximately twice the separation distance.

第2の形態においては、前記中央部の幅に対する長さの比率が8以上でよい。 In the second form, the ratio of the length to the width of the central portion may be 8 or more.

第3の形態においては、前記中央部の長さをLとし、前記中央部の幅をwとするとき、2≦L/w≦16の関係が満たされてよい。 In the third form, when the length of the central portion is L and the width of the central portion is w, the relationship 2≦L/w≦16 may be satisfied.

第4の形態においては、前記ソレノイドコイルと同じ構成の前記他のソレノイドコイルと、前記棒状コアと同じ構成の他の棒状コアと、を備える他のソレノイドコイルユニットに対して、200mmの前記離間距離を隔てて位置ずれなく設置したときの結合係数kが、0.17以上0.2未満でよい。 In a fourth embodiment, the separation distance is 200 mm for another solenoid coil unit including the other solenoid coil having the same configuration as the solenoid coil and another rod-shaped core having the same configuration as the rod-shaped core. It is sufficient that the coupling coefficient k when installed without positional deviation across the substrate is 0.17 or more and less than 0.2.

第5の形態においては、前記端部には、前記中央部よりも厚みが小さく、当該端部から張り出している板状の追加磁極部が設けられていてよい。 In a fifth embodiment, the end portion may be provided with a plate-shaped additional magnetic pole portion that is thinner than the center portion and protrudes from the end portion.

第6の形態においては、前記追加磁極部の長さは、前記中央部の幅より大きくてよい。 In the sixth embodiment, the length of the additional magnetic pole portion may be greater than the width of the central portion.

第7の形態においては、前記追加磁極部の長さと幅がほぼ等しくてよい。 In the seventh embodiment, the length and width of the additional magnetic pole portion may be approximately equal.

第8の形態は、非接触給電装置として提供される。この形態の非接触給電装置は、上記のいずれかの形態のソレノイドコイルユニットである第1のソレノイドコイルユニットと、前記他のソレノイドコイルユニットである第2のソレノイドコイルユニットと、を備え、前記第1と第2のソレノイドコイルユニットの間において相互誘導を生じさせて電力を授受する。 The eighth form is provided as a contactless power supply device. The non-contact power supply device of this embodiment includes a first solenoid coil unit that is the solenoid coil unit of any of the above embodiments, and a second solenoid coil unit that is the other solenoid coil unit. Mutual induction is generated between the first and second solenoid coil units to transmit and receive electric power.

上記第1の形態のソレノイドコイルユニットによれば、他のソレノイドコイルユニットとの間の離間距離が増大しても、棒状コアを離間距離に応じた長さで細長く構成できるため、重量の増大を抑制しながら高い結合係数を得ることができる。また、そのような細長い棒状コアを備えているソレノイドコイルユニットであれば、従来の円盤状コア、平板状コア、H型コア等を用いた場合よりも位置ずれによる結合係数の低下を抑制でき、高いロバスト性を実現することができる。よって、上記第1の形態のソレノイドコイルユニットによれば、結合係数、ロバスト性、軽量化の全てを高い次元で成立させることが可能である。 According to the solenoid coil unit of the first embodiment, even if the separation distance between the solenoid coil unit and other solenoid coil units increases, the rod-shaped core can be configured to be elongated with a length corresponding to the separation distance, so that an increase in weight can be avoided. A high coupling coefficient can be obtained while suppressing In addition, if a solenoid coil unit is equipped with such an elongated rod-shaped core, it is possible to suppress a decrease in the coupling coefficient due to positional deviation more than when using a conventional disk-shaped core, flat plate core, H-shaped core, etc. High robustness can be achieved. Therefore, according to the solenoid coil unit of the first embodiment, it is possible to achieve all of the coupling coefficient, robustness, and weight reduction at a high level.

上記第2の形態のソレノイドコイルユニットによれば、棒状コアが、より細長く構成されるため、ソレノイドコイルユニットの重量の増大を抑制しながら、結合係数をさらに高めることができる。また、同時に、高いロバスト性を実現することもできる。 According to the solenoid coil unit of the second embodiment, since the rod-shaped core is configured to be more elongated, the coupling coefficient can be further increased while suppressing an increase in the weight of the solenoid coil unit. At the same time, high robustness can also be achieved.

上記第3の形態のソレノイドコイルユニットによれば、重量が著しく大きくなることを抑制しつつ、他のソレノイドコイルユニットとの間の結合係数が著しく低い値となることを抑制できる。よって、結合係数、ロバスト性、軽量化の全てを、さらに高い次元で成立させることが可能である。 According to the solenoid coil unit of the third embodiment, it is possible to prevent the weight from increasing significantly and to prevent the coupling coefficient with other solenoid coil units from becoming extremely low. Therefore, it is possible to achieve all of the coupling coefficient, robustness, and weight reduction at a higher level.

上記第4の形態のソレノイドコイルユニットによれば、ソレノイドコイルユニットの重量増加の抑制と結合係数の向上の両方を、より一層、高い次元で両立させることができる。よって、結合係数、ロバスト性、軽量化の全てを、より一層、高い次元で成立させることが可能である。 According to the solenoid coil unit of the fourth embodiment, it is possible to both suppress an increase in the weight of the solenoid coil unit and improve the coupling coefficient at an even higher level. Therefore, it is possible to achieve all of the coupling coefficient, robustness, and weight reduction at an even higher level.

上記第5の形態のソレノイドコイルによれば、追加磁極部を設けることにより、棒状コアの中央部を小型化した場合でも、結合係数を高めることができる。また、追加磁極部は厚みを小さくすることにより軽量化が可能であるため、ソレノイドコイルの重量の増加を抑制しながら結合係数を効果的に高めることが可能である。また、追加磁極部が設けられていれば、他のソレノイドコイルユニットに対する位置ずれによる結合係数の低下を、さらに抑制することができる。よって、結合係数、ロバスト性、軽量化の全てを、より高い次元で成立させることが可能である。 According to the solenoid coil of the fifth embodiment, by providing the additional magnetic pole portion, the coupling coefficient can be increased even when the central portion of the rod-shaped core is downsized. Further, since the weight of the additional magnetic pole portion can be reduced by reducing the thickness, it is possible to effectively increase the coupling coefficient while suppressing an increase in the weight of the solenoid coil. Moreover, if the additional magnetic pole part is provided, it is possible to further suppress a decrease in the coupling coefficient due to positional deviation with respect to other solenoid coil units. Therefore, it is possible to achieve all of the coupling coefficient, robustness, and weight reduction at a higher level.

上記第6の形態のソレノイドコイルによれば、追加磁極部が幅方向に拡大されるため、より一層、高い結合係数とロバスト性とを得ることができる。 According to the solenoid coil of the sixth embodiment, since the additional magnetic pole portion is expanded in the width direction, an even higher coupling coefficient and robustness can be obtained.

上記第7の形態のソレノイドコイルユニットによれば、中心軸方向および幅方向の両方向に追加磁極部が拡大される。そのため、結合係数を高めながら、他のソレノイドコイルユニットに対する中心軸方向および幅方向の両方向への位置ずれに対するロバスト性を、さらに高めることができる。 According to the solenoid coil unit of the seventh embodiment, the additional magnetic pole portion is expanded in both the central axis direction and the width direction. Therefore, while increasing the coupling coefficient, it is possible to further improve the robustness against misalignment with respect to other solenoid coil units in both the central axis direction and the width direction.

上記第8の形態の非接触給電装置によれば、上記形態のソレノイドコイルユニットを備えているため、結合係数、ロバスト性、軽量化の全てを高い次元で成立させることが可能となる。 According to the non-contact power supply device of the eighth embodiment, since it includes the solenoid coil unit of the above embodiment, it is possible to achieve a high level of coupling coefficient, robustness, and weight reduction.

第1実施形態に係るソレノイドコイルユニットの概略正面図、概略平面図、および、概略側面図。FIG. 1 is a schematic front view, a schematic plan view, and a schematic side view of a solenoid coil unit according to a first embodiment. 第1実施形態に係るソレノイドコイルユニットを用いた非接触給電装置の構成を示す模式図。FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a non-contact power supply device using a solenoid coil unit according to a first embodiment. 一対のソレノイドコイルユニットで生じる磁束を説明するための模式図。FIG. 3 is a schematic diagram for explaining magnetic flux generated in a pair of solenoid coil units. ソレノイドコイルの長さと結合係数に関するグラフを示す説明図。An explanatory diagram showing a graph regarding the length of a solenoid coil and a coupling coefficient. 透磁率と結合係数との関係を表すグラフを示す説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a graph representing the relationship between magnetic permeability and coupling coefficient. 棒状コアの断面積と結合係数との関係を表すグラフを示す説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a graph representing the relationship between the cross-sectional area of a rod-shaped core and the coupling coefficient. 棒状コアの断面積に対する結合係数の割合と棒状コアの断面積との関係を表すグラフを示す説明図。FIG. 7 is an explanatory diagram showing a graph representing the relationship between the ratio of the coupling coefficient to the cross-sectional area of the rod-shaped core and the cross-sectional area of the rod-shaped core. 第2実施形態に係るソレノイドコイルユニットの概略正面図、概略平面図、および、概略側面図。A schematic front view, a schematic plan view, and a schematic side view of a solenoid coil unit according to a second embodiment. 第2実施形態に係るソレノイドコイルユニットを用いた非接触給電装置の構成を示す模式図。FIG. 7 is a schematic diagram showing the configuration of a non-contact power supply device using a solenoid coil unit according to a second embodiment. 追加磁極部の寸法と結合係数との関係を表すグラフを示す説明図。FIG. 7 is an explanatory diagram showing a graph representing the relationship between the dimensions of the additional magnetic pole portion and the coupling coefficient. 追加磁極部の面積と結合係数との関係を表すグラフを示す説明図。FIG. 7 is an explanatory diagram showing a graph representing the relationship between the area of the additional magnetic pole portion and the coupling coefficient. 離間距離と結合係数の関係を表すグラフを示す説明図。An explanatory diagram showing a graph representing the relationship between separation distance and coupling coefficient. 一対のソレノイドコイルユニットが幅方向に位置ずれしている状態を示す模式図。FIG. 3 is a schematic diagram showing a state in which a pair of solenoid coil units are misaligned in the width direction. 一対のソレノイドコイルユニットが中心軸方向に位置ずれしている状態を示す模式図。FIG. 3 is a schematic diagram showing a state in which a pair of solenoid coil units are misaligned in the central axis direction. 位置ずれ量と結合係数との関係を表すグラフを示す説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a graph representing the relationship between the amount of positional shift and the coupling coefficient. 従来の非接触給電装置に用いられるサーキュラー型とソレノイド型のコイルユニットの概略正面図と概略平面図。A schematic front view and a schematic plan view of a circular type and a solenoid type coil unit used in a conventional non-contact power supply device. 従来のコイルユニットにおけるロバスト性を表すグラフを示す説明図。FIG. 7 is an explanatory diagram showing a graph representing robustness in a conventional coil unit.

以下、本開示のソレノイドコイルユニット及び非接触給電装置の実施形態を、図を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of a solenoid coil unit and a non-contact power supply device of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings.

1.第1実施形態:
図1に第1実施形態に係るソレノイドコイルユニット50の概略正面図、概略平面図、および、概略側面図を示す。ソレノイドコイルユニット50は、ソレノイドコイル10を備える。
1. First embodiment:
FIG. 1 shows a schematic front view, a schematic plan view, and a schematic side view of a solenoid coil unit 50 according to a first embodiment. The solenoid coil unit 50 includes a solenoid coil 10.

図1には、ソレノイドコイル10の中心軸CXを一点鎖線で図示してある。以下、中心軸CXに沿った方向を単に「中心軸方向」とも呼ぶ。図1には、中心軸方向に相当するy方向を示す矢印と、y方向に直交するx方向を示す矢印と、を図示してある。x方向は、中心軸方向と後述する離間方向とに直交する「幅方向」に相当する。以下において、ソレノイドコイルユニットの寸法に関して、「長さ」と言うときは、y方向における寸法を意味し、「幅」と言うときは、x方向における寸法を意味し、「厚み」というときは、x方向とy方向とに直交する離間方向における寸法を意味する。 In FIG. 1, the central axis CX of the solenoid coil 10 is shown by a chain line. Hereinafter, the direction along the central axis CX will also be simply referred to as the "central axis direction." FIG. 1 shows an arrow indicating the y direction corresponding to the central axis direction and an arrow indicating the x direction orthogonal to the y direction. The x direction corresponds to the "width direction" orthogonal to the central axis direction and the separation direction described later. In the following, regarding the dimensions of the solenoid coil unit, when we say "length" we mean the dimension in the y direction, when we say "width" we mean the dimension in the x direction, and when we say "thickness" we mean the dimension in the y direction. It means the dimension in the separation direction perpendicular to the x direction and the y direction.

ソレノイドコイル10は絶縁被覆された電線を螺旋状に密に巻いたもので、電線に電流を流すことによって中心軸方向に磁場を発生させる。磁束の乱れや漏れを極力低減するため、電線は均一かつ規則的に巻回されていることが望ましい。ソレノイドコイル10の長さはLである。なお、図では、電線一本一本の表現は省略している。ソレノイドコイル10における電線の巻回方向は、x方向に沿った方向である。 The solenoid coil 10 is formed by tightly winding an insulated wire in a spiral shape, and generates a magnetic field in the direction of the central axis by passing a current through the wire. In order to reduce disturbance and leakage of magnetic flux as much as possible, it is desirable that the electric wire be wound evenly and regularly. The length of the solenoid coil 10 is L. In addition, in the figure, representation of each electric wire is omitted. The winding direction of the electric wire in the solenoid coil 10 is along the x direction.

ソレノイドコイルユニット50は、さらに、ソレノイドコイル10が巻回されている棒状コア20を備える。棒状コア20の中心軸は、ソレノイドコイル10の中心軸CXに一致し、y方向は、棒状コア20の長手方向に相当する。棒状コア20は、例えば、フェライトなどの強磁性体によって構成される。棒状コア20の長手方向に垂直な断面における断面形状は、特に限定されることはなく、図示されているように略四角形状であってもよいし、正円形状や、楕円形状であってもよい。 The solenoid coil unit 50 further includes a rod-shaped core 20 around which the solenoid coil 10 is wound. The central axis of the rod-shaped core 20 corresponds to the central axis CX of the solenoid coil 10, and the y direction corresponds to the longitudinal direction of the rod-shaped core 20. The rod-shaped core 20 is made of, for example, a ferromagnetic material such as ferrite. The cross-sectional shape of the rod-shaped core 20 in a cross section perpendicular to the longitudinal direction is not particularly limited, and may be approximately square as shown in the figure, or may be a perfect circle or an ellipse. good.

棒状コア20はソレノイドコイルの長さLより長く作られている。棒状コア20は、ソレノイドコイル10に巻回されている中央部21と、棒状コア20の両端に位置し、ソレノイドコイル10の両端から延び出ている端部22と、を有する。ソレノイドコイル10の長さはソレノイドコイルの長さLと一致する。以下、中央部21の長さについても「L」と表記する。棒状コア20の一対の端部22は、ソレノイドコイルユニット50の磁極として機能する。 The rod-shaped core 20 is made longer than the length L of the solenoid coil. The rod-shaped core 20 has a central portion 21 wound around the solenoid coil 10 and end portions 22 located at both ends of the rod-shaped core 20 and extending from both ends of the solenoid coil 10 . The length of the solenoid coil 10 matches the length L of the solenoid coil. Hereinafter, the length of the central portion 21 will also be expressed as "L". A pair of ends 22 of the rod-shaped core 20 function as magnetic poles of the solenoid coil unit 50.

なお、図1に示すように、棒状コア20の厚みtは、中央部21の長さL、および、棒状コア20の幅wよりも小さい。棒状コア20の厚みは、特に限定されることはなく、例えば、中央部21の幅以上であってもよい。 Note that, as shown in FIG. 1, the thickness t of the rod-shaped core 20 is smaller than the length L of the central portion 21 and the width w of the rod-shaped core 20. The thickness of the rod-shaped core 20 is not particularly limited, and may be, for example, the width of the central portion 21 or more.

図2および図3は、一対のソレノイドコイルユニット50,50aを所定の離間距離Gの間隔を設けて並列に配置した状態を示す模式図である。図3には、磁束MFを一点鎖線で図示してある。また、図3では、ソレノイドコイル10を構成する電線を模式的に図示してある。 2 and 3 are schematic diagrams showing a state in which a pair of solenoid coil units 50, 50a are arranged in parallel with a predetermined distance G between them. In FIG. 3, the magnetic flux MF is illustrated by a dashed line. Further, in FIG. 3, electric wires forming the solenoid coil 10 are schematically illustrated.

一対のソレノイドコイルユニット50,50aは、非接触給電装置55を構成しており、ソレノイドコイルユニット50は、離間して配置されている他のソレノイドコイルユニット50aと非接触で電力の授受を行う。以下、本実施形態のソレノイドコイルユニット50を「第1のソレノイドコイルユニット50」とも呼び、他のソレノイドコイルユニット50aを「第2のソレノイドコイルユニット50a」とも呼ぶ。 The pair of solenoid coil units 50, 50a constitute a non-contact power supply device 55, and the solenoid coil unit 50 transfers power to and from another solenoid coil unit 50a arranged apart from each other in a non-contact manner. Hereinafter, the solenoid coil unit 50 of this embodiment will also be referred to as the "first solenoid coil unit 50", and the other solenoid coil unit 50a will also be referred to as the "second solenoid coil unit 50a".

本実施形態では、第2のソレノイドコイルユニット50aは、第1のソレノイドコイルユニット50と同じ構成を有している。第2のソレノイドコイルユニット50aは、第1のソレノイドコイルユニット50が備えているのと同じ構成のソレノイドコイル10、および、棒状コア20を備え、第1のソレノイドコイルユニット50と自己インダクタンスが同じである。 In this embodiment, the second solenoid coil unit 50a has the same configuration as the first solenoid coil unit 50. The second solenoid coil unit 50a includes a solenoid coil 10 having the same configuration as the first solenoid coil unit 50 and a rod-shaped core 20, and has the same self-inductance as the first solenoid coil unit 50. be.

非接触給電装置55では、2つのソレノイドコイルユニット50,50aは、離間方向に離間して並列に設置されている。ここでの「離間方向」は、x方向とy方向とに直交するz方向に相当し、棒状コア20の厚み方向に相当する。また、本明細書において「並列」とは、一の直線が他の直線に沿っている状態を意味しており、2つの直線が数学的に厳密に「平行」に配置されている状態と、一の直線が他の直線に対して数°程度の傾斜角を有している状態と、を含む概念である。 In the non-contact power supply device 55, the two solenoid coil units 50 and 50a are installed in parallel and spaced apart in the direction of separation. The "separation direction" here corresponds to the z direction perpendicular to the x direction and the y direction, and corresponds to the thickness direction of the rod-shaped core 20. In addition, in this specification, "parallel" means a state in which one straight line is along another straight line, and a state in which two straight lines are arranged mathematically strictly in "parallel"; This concept includes a state in which one straight line has an inclination angle of several degrees with respect to another straight line.

非接触給電装置55では、第2のソレノイドコイルユニット50aは、離間距離Gを隔てて位置ずれなく設置される。つまり、非接触給電装置55では、離間方向に見たときに、第1のソレノイドコイルユニット50は、第2のソレノイドコイルユニット50aと重なり合う位置に設置される。このような配置にすることで、図3に示すように、一対のソレノイドコイルユニット50,50aのうち、電流が流された一方のソレノイドコイルユニットで生じた磁束MFの一部が、他方のソレノイドコイルユニットを構成するソレノイドコイル10の棒状コア20を通り、前記一方のソレノイドコイルユニットに戻ることで、相互誘導を生じさせて電力を授受することが可能となる。なお、本明細書において、「結合係数」と言うときは、特に断らない限り、図2および図3に示すように、離間方向に離間して並列に配置されている同じ構成の2つのコイルを位置ずれなく設置したときの値である。 In the non-contact power supply device 55, the second solenoid coil unit 50a is installed with a separation distance G and no positional deviation. That is, in the non-contact power supply device 55, the first solenoid coil unit 50 is installed at a position overlapping the second solenoid coil unit 50a when viewed in the separation direction. With this arrangement, as shown in FIG. 3, part of the magnetic flux MF generated in one of the pair of solenoid coil units 50, 50a through which current is passed is transferred to the other solenoid. By passing through the rod-shaped core 20 of the solenoid coil 10 constituting the coil unit and returning to the one solenoid coil unit, mutual induction can be caused and electric power can be exchanged. In this specification, unless otherwise specified, the term "coupling coefficient" refers to two coils of the same configuration that are spaced apart in the direction of separation and arranged in parallel, as shown in FIGS. 2 and 3. This is the value when installed without any positional deviation.

図4は、2つの同じ構成のソレノイドコイルを、離間距離Gを隔てて並列に配置したときの、離間距離Gに対するソレノイドコイルの長さLと、当該長さLに対する結合係数kと、の関係を示すグラフである。本願発明の発明者は最も効率よく高い結合係数kを得るため、一対のソレノイドコイル間の離間距離Gとソレノイドコイルの長さLとの関係を実験とシミュレーションを用いて精査した。離間距離Gは、非接触給電装置55の用途に応じて決まってくるものであり、ここでは電動モビリティへの非接触給電を想定して200mmを一例として採用している。この場合、図4に示すように、最も効率よく高い結合係数kを得ることができるソレノイドコイルの長さLは、離間距離Gの略2倍、つまり、L≒2Gであることが明らかとなった。本願発明の発明者の実験例では、G=200mmで、L=400mmとしたときの結合係数kの値は0.088となった。 FIG. 4 shows the relationship between the length L of the solenoid coil with respect to the separation distance G and the coupling coefficient k with respect to the length L when two solenoid coils having the same configuration are arranged in parallel with a separation distance G between them. This is a graph showing. In order to obtain the highest coupling coefficient k most efficiently, the inventor of the present invention investigated the relationship between the separation distance G between a pair of solenoid coils and the length L of the solenoid coils using experiments and simulations. The separation distance G is determined depending on the application of the non-contact power supply device 55, and here, assuming non-contact power supply to electric mobility, 200 mm is adopted as an example. In this case, as shown in FIG. 4, it is clear that the length L of the solenoid coil that can most efficiently obtain a high coupling coefficient k is approximately twice the separation distance G, that is, L≒2G. Ta. In an experimental example by the inventor of the present invention, the value of the coupling coefficient k was 0.088 when G = 200 mm and L = 400 mm.

ソレノイドコイルユニットをL<2Gの範囲で設計すると、十分な結合係数kを得ることが難しくなり、L>2Gの範囲で設計すると、ソレノイドコイルユニットが必要以上に大型化して軽量化することが困難となる。なお、図4に示された関係は、離間距離Gが200mmであるときには限定されない。離間距離Gを、例えば、150mm以上250mm以下の範囲内の任意の値で設定した場合や、180mm以上220mm以下の範囲内の任意の値で設定した場合でも同様の関係が得られる。また、Lの値は2Gの一点に限定されるものではなく、用途や設計に応じた所定の幅が許容されるものであり、一例として10%程度の誤差を許容する。よって、離間距離Gの略2倍であるソレノイドコイルの長さLは、1.8G以上2.2G以下の範囲内で設定されることが許容される。本明細書において、「L≒2G」との表記は、Lが1.8G以上2.2G以下の範囲内の任意の値であることを意味している。 If the solenoid coil unit is designed in the range of L<2G, it will be difficult to obtain a sufficient coupling coefficient k, and if the solenoid coil unit is designed in the range of L>2G, the solenoid coil unit will become larger than necessary and it will be difficult to reduce the weight. becomes. Note that the relationship shown in FIG. 4 is not limited to the case where the separation distance G is 200 mm. A similar relationship can be obtained even if the separation distance G is set to an arbitrary value within the range of 150 mm or more and 250 mm or less, or an arbitrary value within the range of 180 mm or more and 220 mm or less. Further, the value of L is not limited to one point of 2G, but a predetermined width is allowed depending on the purpose and design, and as an example, an error of about 10% is allowed. Therefore, the length L of the solenoid coil, which is approximately twice the separation distance G, is allowed to be set within the range of 1.8G to 2.2G. In this specification, the expression "L≈2G" means that L is any value within the range of 1.8G to 2.2G.

本実施形態では、ソレノイドコイル10の長さLがL≒2Gの条件を満たすように構成されている。これにより、結合係数kを高く維持しながら、棒状コア20を、軽量化が可能な形状に設計することが可能となる。また、本実施形態のソレノイドコイルユニット50は、棒状コア20の中央部21の長さLは、幅wの2倍以上、つまり、L≧2wに設計される。このようにすれば、棒状コア20を、幅wが小さい細長い形状とできるため、ソレノイドコイルユニット50の重量の増大を抑制しながら結合係数kが所望の高い値になるように、ソレノイドコイル10の長さLを大きくすることができる。 In this embodiment, the length L of the solenoid coil 10 is configured to satisfy the condition L≈2G. This makes it possible to design the rod-shaped core 20 into a shape that allows weight reduction while maintaining a high coupling coefficient k. Further, in the solenoid coil unit 50 of the present embodiment, the length L of the central portion 21 of the rod-shaped core 20 is designed to be at least twice the width w, that is, L≧2w. In this way, the rod-shaped core 20 can be made into an elongated shape with a small width w, so that the solenoid coil 10 can be adjusted so that the coupling coefficient k reaches a desired high value while suppressing an increase in the weight of the solenoid coil unit 50. The length L can be increased.

ソレノイドコイルユニット50では、棒状コア20の中心軸方向における中央部21の長さLは、中央部21の幅wに対する比率が3倍以上であることが好ましく、4倍以上であることがさらに好ましい。また、中央部21の長さLは、中央部21の幅wに対する比率が8以上、つまり、L≧8wとすることも可能である。このようにすれば、ソレノイドコイルユニット10をより細長い棒状の形状とすることができ、ソレノイドコイルユニット10の重量の増大を抑制しながら、その結合係数kをさらに高めることができる。 In the solenoid coil unit 50, the ratio of the length L of the central portion 21 in the central axis direction of the rod-shaped core 20 to the width w of the central portion 21 is preferably 3 times or more, and more preferably 4 times or more. . Further, the ratio of the length L of the central portion 21 to the width w of the central portion 21 may be 8 or more, that is, L≧8w. In this way, the solenoid coil unit 10 can be made into a more elongated rod-like shape, and the coupling coefficient k can be further increased while suppressing an increase in the weight of the solenoid coil unit 10.

なお、軽量化のみの観点では棒状コアは細いほど効果があるが、実際には、機械的強度や巻回する絶縁電線の仕様、磁束密度の飽和を回避できる程度の断面積の確保などを踏まえてL/wの最大値が決定されることが好ましい。 Note that from the perspective of weight reduction only, the thinner the rod core is, the more effective it is, but in reality, it is necessary to take into account mechanical strength, specifications of the insulated wire to be wound, and ensuring a cross-sectional area that is sufficient to avoid saturation of magnetic flux density. It is preferable that the maximum value of L/w is determined.

図5に、非接触給電装置55において棒状コア20の透磁率を変更したときの結合係数kを示すグラフを示す。高い結合係数kを得るためには、棒状コア20は、透磁率が1500H/m以上の材料で構成されることが好ましく、透磁率が2000H/m以上の材料で構成されることがより好ましい。棒状コア20は、透磁率が2500H/m以上の材料で構成されることがさらに好ましい。また、棒状コア20は、透磁率が3000H/mより大きい材料で構成されたとしても結合係数kが著しく高くなることは期待できない。よって、棒状コア20は、透磁率が、3000H/m以下の材料で構成されていることが好ましい。 FIG. 5 shows a graph showing the coupling coefficient k when the magnetic permeability of the rod-shaped core 20 is changed in the non-contact power supply device 55. In order to obtain a high coupling coefficient k, the rod-shaped core 20 is preferably made of a material with a magnetic permeability of 1500 H/m or more, and more preferably made of a material with a magnetic permeability of 2000 H/m or more. More preferably, the rod-shaped core 20 is made of a material having a magnetic permeability of 2500 H/m or more. Furthermore, even if the rod-shaped core 20 is made of a material with a magnetic permeability greater than 3000 H/m, it is not expected that the coupling coefficient k will become significantly high. Therefore, it is preferable that the rod-shaped core 20 is made of a material having a magnetic permeability of 3000 H/m or less.

図6に、非接触給電装置55における棒状コア20の断面積Sと結合係数kとの関係を表すグラフを示す。図7に、棒状コア20の断面積Sに対する結合係数kの割合k/Sと断面積Sとの関係を表すグラフを示す。図6および図7のグラフは、本願発明者が研究を重ねて独自に得たものである。図6および図7のグラフでの結合係数kは、2つのソレノイドコイルユニット10,10aの間の離間距離Gを200mmとしたときの値である。また、図6および図7のグラフにおいて、断面積Sがs1以上s2未満の領域は、結合係数kが1.7以上2.0未満の領域に相当する。 FIG. 6 shows a graph showing the relationship between the cross-sectional area S of the rod-shaped core 20 and the coupling coefficient k in the non-contact power supply device 55. FIG. 7 shows a graph showing the relationship between the ratio k/S of the coupling coefficient k to the cross-sectional area S of the rod-shaped core 20 and the cross-sectional area S. The graphs in FIGS. 6 and 7 were independently obtained by the inventor of the present application through repeated research. The coupling coefficient k in the graphs of FIGS. 6 and 7 is a value when the separation distance G between the two solenoid coil units 10 and 10a is 200 mm. Furthermore, in the graphs of FIGS. 6 and 7, the region where the cross-sectional area S is greater than or equal to s1 and less than s2 corresponds to the region where the coupling coefficient k is greater than or equal to 1.7 and less than 2.0.

棒状コア20の断面積Sは、中心軸方向に直交する断面における中央部21の断面積に相当する。図6に示すように、棒状コア20の断面積Sが大きいほど結合係数kを高めることができる。ただし、断面積Sを大きくすることは、棒状コア20の大型化につながり、ソレノイドコイルユニット50の重量増加につながる。 The cross-sectional area S of the rod-shaped core 20 corresponds to the cross-sectional area of the central portion 21 in a cross section perpendicular to the central axis direction. As shown in FIG. 6, the larger the cross-sectional area S of the rod-shaped core 20, the higher the coupling coefficient k can be. However, increasing the cross-sectional area S leads to an increase in the size of the rod-shaped core 20, which leads to an increase in the weight of the solenoid coil unit 50.

ここで、図6および図7に示すように、結合係数kが0.2以上の領域では、断面積Sを増加させても、結合係数kがあまり増加しない。結合係数kが0.2より大きくなるように断面積Sを大きくすると、棒状コア20の重量が著しく大きくなってしまう可能性があり、好ましくない。よって、ソレノイドコイルユニット50では、結合係数kが0.2未満となる断面積Sで棒状コア20を設計した方が、ソレノイドコイルユニット50の重量あたりの結合係数kの値を高くすることができ、より軽量で高い給電性能を得ることが可能となる。 Here, as shown in FIGS. 6 and 7, in a region where the coupling coefficient k is 0.2 or more, even if the cross-sectional area S is increased, the coupling coefficient k does not increase much. If the cross-sectional area S is increased so that the coupling coefficient k becomes larger than 0.2, the weight of the rod-shaped core 20 may increase significantly, which is not preferable. Therefore, in the solenoid coil unit 50, the value of the coupling coefficient k per weight of the solenoid coil unit 50 can be increased by designing the rod-shaped core 20 with a cross-sectional area S such that the coupling coefficient k is less than 0.2. , it becomes possible to obtain higher power supply performance with lighter weight.

また、図6および図7に示すように、結合係数kが0.17未満となる領域では、断面積Sの減少量に対する結合係数kの低下量が著しく大きくなる。そのため、結合係数kが0.17未満となるような断面積Sでは、ソレノイドコイルユニット50を軽量化できたとしても、給電性能が著しく低下してしまう可能性が高い。よって、ソレノイドコイルユニット50では、結合係数kが0.17以上となる断面積Sで棒状コア20を設計することが好ましい。 Further, as shown in FIGS. 6 and 7, in a region where the coupling coefficient k is less than 0.17, the amount of decrease in the coupling coefficient k relative to the amount of decrease in the cross-sectional area S becomes significantly large. Therefore, if the cross-sectional area S is such that the coupling coefficient k is less than 0.17, even if the weight of the solenoid coil unit 50 can be reduced, there is a high possibility that the power supply performance will deteriorate significantly. Therefore, in the solenoid coil unit 50, it is preferable to design the rod-shaped core 20 with a cross-sectional area S such that the coupling coefficient k is 0.17 or more.

このように、ソレノイドコイルユニット50では、結合係数kが0.17以上0.2未満となるように棒状コア20を設計することが好ましい。結合係数kは高いほど好ましいため、ソレノイドコイルユニット50では、結合係数kが0.175以上となるように棒状コア20を設計することがより好ましく、結合係数kが0.18以上となるように棒状コア20を設計することが、さらに好ましい。ソレノイドコイルユニット50では、結合係数kが0.19以上となるように設計することが、より一層、好ましい。 Thus, in the solenoid coil unit 50, it is preferable to design the rod-shaped core 20 so that the coupling coefficient k is 0.17 or more and less than 0.2. The higher the coupling coefficient k is, the more preferable it is. Therefore, in the solenoid coil unit 50, it is more preferable to design the rod-shaped core 20 so that the coupling coefficient k is 0.175 or more. It is further preferred to design a rod-shaped core 20. It is even more preferable to design the solenoid coil unit 50 so that the coupling coefficient k is 0.19 or more.

また、本願発明の発明者は、図6および図7のグラフから、棒状コア20では、中央部21の幅wに対する長さLの割合L/wが、2≦L/w≦16の関係を満たしていることが好ましいとの知見を導き出した。この関係が満たされていれば、棒状コア20の断面積Sが小さくなりすぎて、結合係数kが著しく低い値となることを抑制できる。また、棒状コア20の断面積Sが大きくなりすぎて、ソレノイドコイルユニット50の重量が著しく大きい値となることを抑制できる。 In addition, the inventor of the present invention found from the graphs in FIGS. 6 and 7 that in the rod-shaped core 20, the ratio L/w of the length L to the width w of the central portion 21 is 2≦L/w≦16. We have found that it is preferable to satisfy the following criteria. If this relationship is satisfied, it is possible to prevent the cross-sectional area S of the rod-shaped core 20 from becoming too small and the coupling coefficient k from becoming an extremely low value. In addition, it is possible to prevent the cross-sectional area S of the rod-shaped core 20 from becoming too large and the weight of the solenoid coil unit 50 from becoming extremely large.

本実施形態では、ソレノイドコイルユニット50のソレノイドコイル10は、ソレノイド型であるため、図16(A)に示されているような従来のサーキュラー型のコイルユニットよりも、非接触給電の際のロバスト性が高い。また、ソレノイドコイルユニット50は、従来のソレノイド型のコイルユニットよりも、中心軸方向の長さが大きいため、従来のソレノイド型のコイルユニットよりも、非接触給電の際の中心軸方向への位置ずれに対するロバスト性が高められている。 In this embodiment, since the solenoid coil 10 of the solenoid coil unit 50 is of a solenoid type, it is more robust during non-contact power supply than a conventional circular type coil unit as shown in FIG. 16(A). Highly sexual. In addition, the solenoid coil unit 50 has a longer length in the central axis direction than a conventional solenoid type coil unit, so the position in the central axis direction during non-contact power supply is longer than that of a conventional solenoid type coil unit. Increased robustness against misalignment.

以上のように、本実施形態のソレノイドコイルユニット50、および、ソレノイドコイルユニット50を備える非接触給電装置55によれば、結合係数、ロバスト性、軽量化の全てを高い次元で成立させることが可能である。 As described above, according to the solenoid coil unit 50 of the present embodiment and the non-contact power supply device 55 including the solenoid coil unit 50, it is possible to achieve all of the coupling coefficient, robustness, and weight reduction at a high level. It is.

2.第2実施形態:
図8に第2実施形態にかかるソレノイドコイルユニット50Aの概略正面図、概略平面図、および、概略側面図を示す。第2実施形態のソレノイドコイルユニット50Aの構成は、棒状コア20の2つの端部22のそれぞれに追加磁極部30が設けられている点以外は、第1実施形態で説明したソレノイドコイルユニット50とほぼ同じである。
2. Second embodiment:
FIG. 8 shows a schematic front view, a schematic plan view, and a schematic side view of a solenoid coil unit 50A according to the second embodiment. The configuration of the solenoid coil unit 50A of the second embodiment is the same as that of the solenoid coil unit 50 described in the first embodiment, except that an additional magnetic pole portion 30 is provided at each of the two ends 22 of the rod-shaped core 20. Almost the same.

追加磁極部30は、棒状コア20の端部22から張り出し、中央部21よりも厚みが小さい板状の部位として構成されている。第2実施形態では、各端部22の追加磁極部30は同じ形状を有している。第2実施形態では、追加磁極部30は、厚み方向に見たときに略四角形状を有しており、端部22からx方向およびy方向に沿って張り出している。図8に示すように、第2実施形態では、端部22は、追加磁極部22のx方向における中央に位置しており、中央部21から離れるほどその厚みが小さくなるように構成されている。 The additional magnetic pole portion 30 is configured as a plate-shaped portion that protrudes from the end portion 22 of the rod-shaped core 20 and is thinner than the central portion 21 . In the second embodiment, the additional magnetic pole sections 30 at each end 22 have the same shape. In the second embodiment, the additional magnetic pole portion 30 has a substantially square shape when viewed in the thickness direction, and protrudes from the end portion 22 along the x direction and the y direction. As shown in FIG. 8, in the second embodiment, the end portion 22 is located at the center of the additional magnetic pole portion 22 in the x direction, and the end portion 22 is configured such that its thickness decreases as it moves away from the center portion 21. .

追加磁極部30の厚みcは一定である。ソレノイドコイルユニット50Aをより軽量に構成する軽量化の観点からは、追加磁極部30の厚みcは、小さいほど好ましい。追加磁極部30の厚みcは、中央部21の厚みtの1/2以下であることが好ましく、1/3以下であることが、より好ましい。追加磁極部30の厚みcは、中央部21の厚みtの1/5以下であることが、さらに好ましい。なお、他の実施形態では、追加磁極部30の厚みcは一定でなくてもよい。追加磁極部30は、例えば、幅方向や長さ方向に連続的に厚みが変化する構成を有していてもよい。この場合には、前述の厚みcは、追加磁極部30の厚みの最大値であるとしてもよい。 The thickness c of the additional magnetic pole portion 30 is constant. From the viewpoint of reducing the weight of the solenoid coil unit 50A, it is preferable that the thickness c of the additional magnetic pole portion 30 is as small as possible. The thickness c of the additional magnetic pole portion 30 is preferably 1/2 or less, and more preferably 1/3 or less, of the thickness t of the central portion 21. It is more preferable that the thickness c of the additional magnetic pole part 30 is 1/5 or less of the thickness t of the central part 21. Note that in other embodiments, the thickness c of the additional magnetic pole portion 30 may not be constant. The additional magnetic pole part 30 may have a configuration in which the thickness changes continuously in the width direction or the length direction, for example. In this case, the above-mentioned thickness c may be the maximum thickness of the additional magnetic pole portion 30.

第2実施形態では、追加磁極部30は、棒状コア20と同じ磁性体材料によって構成され、棒状コア20と一体的に作製される。他の実施形態では、追加磁極部30は、棒状コア20とは別体として構成され、端部22に接合により後付けされてもよい。また、追加磁極部30は、棒状コア20とは異なる種類の磁性体によって構成されてもよい。 In the second embodiment, the additional magnetic pole section 30 is made of the same magnetic material as the rod-shaped core 20 and is produced integrally with the rod-shaped core 20. In other embodiments, the additional magnetic pole section 30 may be configured separately from the rod-shaped core 20 and may be retrofitted to the end portion 22 by joining. Furthermore, the additional magnetic pole section 30 may be made of a different type of magnetic material from the rod-shaped core 20.

後述するように、ソレノイドコイルユニット50Aは、追加磁極部30を有していることによって、重量の増加を抑制しながら結合係数kを高め、且つ、位置ずれに対するロバスト性を高める効果を得ることが可能となっている。 As will be described later, by including the additional magnetic pole portion 30, the solenoid coil unit 50A has the effect of increasing the coupling coefficient k while suppressing an increase in weight, and increasing the robustness against positional displacement. It is possible.

なお、追加磁極部30の板面の形状は、略四角形状に限定されることはない。他の実施形態では、追加磁極部30の板面の形状は、例えば、三角形形状や、多角形形状、正円形状、楕円形状であってもよい。また、追加磁極部30の板面の形状は、一方の端部22と他方の端部22とで異なっていてもよい。第2実施形態では、追加磁極部30は、端部22から幅方向に張り出しており、追加磁極部30の幅bは、棒状コア20の端部22の幅wより大きい。これに対して、他の実施形態では、追加磁極部30は、端部22から幅方向に張り出すことなく、中心軸方向にのみ張り出していてもよい。また、追加磁極部30は、端部22から中心軸方向に張り出していなくてもよく、幅方向にのみ張り出していてもよい。 Note that the shape of the plate surface of the additional magnetic pole section 30 is not limited to a substantially rectangular shape. In other embodiments, the shape of the plate surface of the additional magnetic pole section 30 may be, for example, a triangular shape, a polygonal shape, a perfect circular shape, or an elliptical shape. Further, the shape of the plate surface of the additional magnetic pole section 30 may be different between one end 22 and the other end 22. In the second embodiment, the additional magnetic pole portion 30 protrudes from the end portion 22 in the width direction, and the width b of the additional magnetic pole portion 30 is larger than the width w of the end portion 22 of the rod-shaped core 20. On the other hand, in other embodiments, the additional magnetic pole portion 30 may not extend from the end portion 22 in the width direction, but may extend only in the central axis direction. Further, the additional magnetic pole portion 30 does not need to protrude from the end portion 22 in the central axis direction, and may protrude only in the width direction.

図9は、第2実施形態のソレノイドコイルユニット50Aを用いた非接触給電装置55Aを示す模式図である。非接触給電装置55Aは、第1のソレノイドコイルユニット50Aと、第2のソレノイドコイルユニット50Aaと、を備える。第2のソレノイドコイルユニット50Aaは、第1のソレノイドコイルユニット50Aと同じ構成を有しており、ソレノイドコイル10と、追加磁極部30が設けられた棒状コア20とを備える。第2のソレノイドコイルユニット50Aaは、第1のソレノイドコイルユニット50Aと自己インダクタンスが同じである。また、追加磁極部30の寸法も同じである。 FIG. 9 is a schematic diagram showing a non-contact power supply device 55A using a solenoid coil unit 50A of the second embodiment. The contactless power supply device 55A includes a first solenoid coil unit 50A and a second solenoid coil unit 50Aa. The second solenoid coil unit 50Aa has the same configuration as the first solenoid coil unit 50A, and includes a solenoid coil 10 and a rod-shaped core 20 provided with an additional magnetic pole portion 30. The second solenoid coil unit 50Aa has the same self-inductance as the first solenoid coil unit 50A. Further, the dimensions of the additional magnetic pole portion 30 are also the same.

非接触給電装置55Aでは、第1のソレノイドコイルユニット50Aは、相互誘導による非接触給電を行う他のソレノイドコイルユニットである第2のソレノイドコイルユニット50Aaに対して、離間方向に所定の離間距離Gを隔てて並列に設置される。離間方向は、第1実施形態と同様に、z方向に沿った方向である。非接触給電装置55Aでは、第1実施形態の非接触給電装置55と同様に、一対のソレノイドコイルユニット50A,50Aaは、互いに位置ずれすることなく設置されている。この配置では、第1のソレノイドコイルユニット50Aの追加磁極部30と、第2のソレノイドコイルユニット50Aaの追加磁極部30とは、互いの板面が離間方向に面し合うように並列に配置される。 In the non-contact power supply device 55A, the first solenoid coil unit 50A is separated by a predetermined distance G in the separating direction from the second solenoid coil unit 50Aa, which is another solenoid coil unit that performs non-contact power supply by mutual induction. are installed in parallel across the The separation direction is a direction along the z direction, similar to the first embodiment. In the contactless power supply device 55A, similarly to the contactless power supply device 55 of the first embodiment, the pair of solenoid coil units 50A and 50Aa are installed without being displaced from each other. In this arrangement, the additional magnetic pole part 30 of the first solenoid coil unit 50A and the additional magnetic pole part 30 of the second solenoid coil unit 50Aa are arranged in parallel so that their plate surfaces face each other in the direction of separation. Ru.

図10に、追加磁極部30の寸法と結合係数kとの関係を表すグラフを示す。図11に、追加磁極部30の面積PSと結合係数kとの関係を表すグラフを示す。図10および図11は、本願発明の発明者の実験により得られたものである。 FIG. 10 shows a graph showing the relationship between the dimensions of the additional magnetic pole portion 30 and the coupling coefficient k. FIG. 11 shows a graph showing the relationship between the area PS of the additional magnetic pole section 30 and the coupling coefficient k. 10 and 11 were obtained through experiments by the inventor of the present invention.

この実験での結合係数kは、図9に示す同じ構成を有する一対のソレノイドコイルユニット50A,50Aaの間において得られた値である。この実験では、追加磁極部30は、長さaと幅bとが等しい略正方形形状の板面を有する構成とした。図10における追加磁極部30の寸法は、追加磁極部30の幅bに相当する。図11における追加磁極部30の面積PSは、端部22の側面の面積も含む値であり、追加磁極部30の長さaと幅bとを乗じた値に相当する。つまり、PS=a×bである。 The coupling coefficient k in this experiment is a value obtained between a pair of solenoid coil units 50A and 50Aa having the same configuration as shown in FIG. In this experiment, the additional magnetic pole section 30 was configured to have a substantially square plate surface with equal length a and width b. The dimensions of the additional magnetic pole part 30 in FIG. 10 correspond to the width b of the additional magnetic pole part 30. The area PS of the additional magnetic pole part 30 in FIG. 11 includes the area of the side surface of the end part 22, and corresponds to a value obtained by multiplying the length a and the width b of the additional magnetic pole part 30. That is, PS=a×b.

図10のグラフは、実線部分が示すように、追加磁極部30が、端部22から張り出しているほど、結合係数kが大きくなることを示している。また、図11のグラフは、追加磁極部30の面積が大きいほど、結合係数kが大きくなることを示している。 The graph of FIG. 10 shows that the coupling coefficient k increases as the additional magnetic pole portion 30 protrudes from the end portion 22, as indicated by the solid line. Moreover, the graph of FIG. 11 shows that the larger the area of the additional magnetic pole part 30, the larger the coupling coefficient k becomes.

ここで、2つのソレノイドコイルユニット50A,50Aaからなる磁気回路における磁気抵抗Rは下記の数式1で表される。数式1が示すように、追加磁極部30の面積PSが大きいほど、磁気抵抗Rは小さくなり、それだけ磁束が大きくなる。これより、追加磁極部30の寸法a,bを大きくし、その面積PSを大きくすれば、結合係数kが大きくなることは明らかである。 Here, the magnetic resistance R in the magnetic circuit consisting of the two solenoid coil units 50A and 50Aa is expressed by the following equation 1. As shown in Equation 1, the larger the area PS of the additional magnetic pole part 30 is, the smaller the magnetic resistance R becomes, and the larger the magnetic flux becomes. From this, it is clear that if the dimensions a and b of the additional magnetic pole portion 30 are increased and the area PS thereof is increased, the coupling coefficient k will be increased.

追加磁極部30であれば、その寸法を大きくすることにより、棒状コア20の中央部21の長さLや断面積Sを大きくする場合よりも、結合係数kを高めやすい。また、追加磁極部30は、板状であるため、厚みcを調整することにより軽量に構成することが容易である。よって、第2実施形態のソレノイドコイルユニット50Aであれば、棒状コア20の中央部21の長さLや断面積Sを小さくして軽量化した場合でも、追加磁極部30を設けることにより、結合係数kを高めることが可能になる。つまり、第2実施形態のソレノイドコイルユニット50Aであれば、重量の増大を抑制しながら結合係数kを高めることが、より一層容易にできる。 In the case of the additional magnetic pole part 30, by increasing its dimensions, it is easier to increase the coupling coefficient k than by increasing the length L and cross-sectional area S of the central part 21 of the rod-shaped core 20. Moreover, since the additional magnetic pole part 30 is plate-shaped, it is easy to make it lightweight by adjusting the thickness c. Therefore, in the solenoid coil unit 50A of the second embodiment, even if the length L and cross-sectional area S of the central portion 21 of the rod-shaped core 20 are reduced to reduce the weight, the provision of the additional magnetic pole portion 30 makes it possible to maintain the coupling. It becomes possible to increase the coefficient k. In other words, with the solenoid coil unit 50A of the second embodiment, it is possible to increase the coupling coefficient k even more easily while suppressing an increase in weight.

図12に、従来のコイルユニットを用いた非接触給電装置におけるコイルユニット間の離間距離Gと結合係数kとの関係の一例を示すグラフを示す。一点鎖線で示す第1のグラフGPは、図16(A)に示す従来のサーキュラーコイルユニット100Aにおいて得られる離間距離Gと結合係数kとの関係の一例を示している。二点点鎖線で示す第2のグラフGSは、図16(B)に示す平板状のフェライトコア102Bを有する従来のソレノイドコイルユニット100Bにおいて得られる離間距離Gと結合係数kとの関係の一例を示している。従来のコイルユニット100A,100Bを用いて非接触給電を行う場合、離間距離Gと結合係数kとは、一般的に、いわゆるトレードオフの関係にあり、離間距離Gを大きくすると、結合係数kが低下する関係にある。 FIG. 12 shows a graph showing an example of the relationship between the separation distance G between coil units and the coupling coefficient k in a non-contact power supply device using conventional coil units. A first graph GP shown by a dashed line shows an example of the relationship between the separation distance G and the coupling coefficient k obtained in the conventional circular coil unit 100A shown in FIG. 16(A). The second graph GS shown by the two-dot chain line shows an example of the relationship between the separation distance G and the coupling coefficient k obtained in the conventional solenoid coil unit 100B having the flat ferrite core 102B shown in FIG. 16(B). ing. When performing contactless power supply using the conventional coil units 100A and 100B, the separation distance G and the coupling coefficient k generally have a so-called trade-off relationship, and as the separation distance G increases, the coupling coefficient k increases. There is a declining relationship.

ここで、2つのグラフGP,GSの周辺における網点のハッチングが付された領域RAは、従来技術で達成されている給電性能のおおよその範囲を示している。以下、領域RAを「基準領域RA」とも呼ぶ。図12において、基準領域RAより右上の領域に結合係数kがプロットされる場合には、その非接触給電装置は、従来よりも高い高効率の給電性能を示す構成を有していると言える。逆に、基準領域RAより左下の領域に結合係数kがプロットされる場合には、その非接触給電装置は、従来よりも低効率の給電性能を示す構成を有していると言える。 Here, the hatched area RA around the two graphs GP and GS indicates the approximate range of power supply performance achieved by the conventional technology. Hereinafter, the area RA will also be referred to as the "reference area RA." In FIG. 12, when the coupling coefficient k is plotted in the upper right region of the reference region RA, it can be said that the contactless power supply device has a configuration that exhibits power supply performance with higher efficiency than the conventional one. Conversely, if the coupling coefficient k is plotted in the lower left area of the reference area RA, it can be said that the contactless power supply device has a configuration that exhibits power supply performance with lower efficiency than the conventional one.

下記の表1を参照する。本願発明の発明者は、第2実施形態の実施例として、図8のソレノイドコイルユニット50Aの構成において、L=420mm、w=50mm、t=15mm、a=150mm、b=150mm、c=3mmとした、ソレノイドコイルユニット50Aの製造例Eを作製した。 See Table 1 below. As an example of the second embodiment, the inventor of the present invention proposed that in the configuration of the solenoid coil unit 50A shown in FIG. Manufacturing example E of a solenoid coil unit 50A was produced.

Figure 0007357310000002
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本願発明の発明者は、その製造例Eを用いて、図9に示す非接触給電装置55Aを構成し、離間距離G=200mmとしたときの結合係数kを求めた。その結果を、図12において点PIとしてプロットしてある。この実施例では、結合係数kの値は0.175であり、従来よりも高効率の高い給電性能を有していることがわかる。 The inventor of the present invention constructed a non-contact power supply device 55A shown in FIG. 9 using Manufacturing Example E, and determined the coupling coefficient k when the separation distance G was 200 mm. The results are plotted as points PI in FIG. In this example, the value of the coupling coefficient k is 0.175, and it can be seen that the power supply performance is more efficient and higher than that of the conventional example.

このように、第2実施形態のソレノイドコイルユニット50Aの構成であれば、追加磁極部30を設けることにより、重量の増加を抑制しながら結合係数kをさらに高くすることが可能である。第2実施形態のソレノイドコイルユニット50Aによれば、離間距離Gが200mmであるときに限らず、離間距離Gを、例えば、150mm以上250mm以下の範囲内の任意の値で設定した場合や、180mm以上220mm以下の範囲内の任意の値で設定した場合でも、結合係数kを0.18以上や、0.2以上にすることができる。 In this way, with the configuration of the solenoid coil unit 50A of the second embodiment, by providing the additional magnetic pole portion 30, it is possible to further increase the coupling coefficient k while suppressing an increase in weight. According to the solenoid coil unit 50A of the second embodiment, the separation distance G is not limited to 200 mm, but also when the separation distance G is set to any value within the range of 150 mm or more and 250 mm or less, or 180 mm. Even if it is set to an arbitrary value within the range of 220 mm or less, the coupling coefficient k can be set to 0.18 or more or 0.2 or more.

次に、上記の製造例Eの重量を、従来の平板状コアとH型コアを用いたソレノイドコイルユニットと比較した。その結果を下記の表2に示す。比較例のソレノイドコイルユニットは、離間距離Gが70mm~100mmと短いときに、製造例Eと同等の結合係数kを示した。つまり、製造例Eは、比較例よりも軽量であり、かつ、比較例よりも高い給電性能を示した。なお、比較例のソレノイドコイルユニットにおいて、離間距離Gを200mmとして同等の結合係数kを実現しようとすると、コイルやコアの長さは2倍、面積としては4倍程度が必要になる可能性があり、その分だけ重量が増加することになる。 Next, the weight of Production Example E above was compared with that of a conventional solenoid coil unit using a flat core and an H-shaped core. The results are shown in Table 2 below. The solenoid coil unit of the comparative example showed a coupling coefficient k equivalent to that of Production Example E when the separation distance G was as short as 70 mm to 100 mm. In other words, Manufacturing Example E was lighter than the Comparative Example and exhibited higher power feeding performance than the Comparative Example. In addition, in the solenoid coil unit of the comparative example, if you try to achieve the same coupling coefficient k by setting the separation distance G to 200 mm, the length of the coil or core may need to be twice as long, and the area may need to be about 4 times as large. Yes, the weight will increase accordingly.

Figure 0007357310000003
Figure 0007357310000003

表2から読み取れるように、従来の平板状コアやH型コアを用いたソレノイドコイルユニットに比べ、第2実施形態のソレノイドコイルユニット50Aによれば、給電性能を高めながら、大幅に軽量化することが可能であり、これにより電動モビリティ等への搭載を現実的なものとすることができる。 As can be seen from Table 2, compared to the conventional solenoid coil unit using a flat core or an H-shaped core, the solenoid coil unit 50A of the second embodiment can significantly reduce weight while improving power supply performance. This makes it practical to install it in electric mobility, etc.

図13および図14を参照して、ソレノイドコイルユニット50Aのロバスト性について説明する。図13は、非接触給電装置55Aを構成する一対のソレノイドコイルユニット50A,50Aaがx方向に距離Dxだけ位置ずれした配置状態を模式的に示している。図14は、一対のソレノイドコイルユニット50A,50Aaがy方向に距離Dyだけ位置ずれした配置状態を模式的に示している。 The robustness of the solenoid coil unit 50A will be described with reference to FIGS. 13 and 14. FIG. 13 schematically shows an arrangement state in which a pair of solenoid coil units 50A and 50Aa constituting a non-contact power supply device 55A are shifted by a distance Dx in the x direction. FIG. 14 schematically shows an arrangement state in which the pair of solenoid coil units 50A and 50Aa are shifted by a distance Dy in the y direction.

第2実施形態のソレノイドコイルユニット50Aを用いた非接触給電装置55Aであれば、位置ずれが生じた場合であっても、追加磁極部30を有している分だけ、位置ずれによる結合係数kの低下が抑制される。よって、一対のソレノイドコイルユニット50A,50Aaの間の位置ずれに対する高いロバスト性を得ることができる。 With the non-contact power supply device 55A using the solenoid coil unit 50A of the second embodiment, even if a positional deviation occurs, the coupling coefficient k due to the positional deviation is increased by the additional magnetic pole portion 30. decrease is suppressed. Therefore, high robustness against misalignment between the pair of solenoid coil units 50A and 50Aa can be achieved.

なお、ソレノイドコイルユニット50Aでは、追加磁極部30の幅bは、中央部21の幅wよりも大きいことが好ましい。これによって、追加磁極部30が幅方向に張り出している分だけ、幅方向の位置ずれに対するロバスト性を高めることができる。また、ソレノイドコイルユニット50Aでは、追加磁極部30は、長さaと幅bとが等しいことが望ましい。これによって、中心軸方向と幅方向の両方の位置ずれに対するロバスト性を高めることができる。 In the solenoid coil unit 50A, the width b of the additional magnetic pole portion 30 is preferably larger than the width w of the central portion 21. Thereby, the robustness against misalignment in the width direction can be increased by the amount that the additional magnetic pole section 30 protrudes in the width direction. Further, in the solenoid coil unit 50A, it is desirable that the additional magnetic pole portion 30 has the same length a and width b. This makes it possible to increase robustness against misalignment both in the central axis direction and in the width direction.

以下に、本願発明の発明者が行った、非接触給電装置55Aの位置ずれに対するロバスト性についての実験結果を説明する。この実験では、上述した製造例Eを用いて、離間距離Gを200mmとした非接触給電装置55Aを構成し、x方向およびy方向のそれぞれに、150mmずらして非接触給電を行った。 Below, the results of an experiment conducted by the inventor of the present invention regarding the robustness of the non-contact power supply device 55A against positional displacement will be explained. In this experiment, a non-contact power supply device 55A was constructed using Manufacturing Example E described above with a separation distance G of 200 mm, and non-contact power supply was performed with a shift of 150 mm in each of the x direction and the y direction.

ここで、一般に、インダクタンスLは数式2によって表現される。図13や図14のように位置ずれが生じた場合は、磁極同士が離間方向に重なる面積Sの減少と磁路長lの増加により、インダクタンスLは減少することになる。この実験例では電気回路に用いたコンデンサの静電容量Cは一定であることから、数式3に基づいてインダクタンスLが減少した分、共振周波数fを増加させることで共振が維持されることになる。 Here, in general, the inductance L is expressed by Equation 2. When a positional shift occurs as shown in FIGS. 13 and 14, the inductance L decreases due to a decrease in the area S where the magnetic poles overlap in the direction of separation and an increase in the magnetic path length l. In this experimental example, since the capacitance C of the capacitor used in the electric circuit is constant, resonance is maintained by increasing the resonant frequency f by the amount that the inductance L decreases based on Equation 3. .

表3に実験の結果を示す。幅方向へ150mmの位置ずれが生じた場合は、92.5%の効率が85.0%にまで低下するが、上述の通り供給周波数を調整することによって91.6%まで効率を上げることが可能であることがわかった。また、中心軸方向へ150mmの位置ずれが生じた場合は、92.2%の効率が81.9%まで低下するが、同様に供給周波数を調整することで91.0%まで効率を上げることが可能であることがわかった。 Table 3 shows the results of the experiment. If a positional shift of 150 mm occurs in the width direction, the efficiency of 92.5% decreases to 85.0%, but by adjusting the supply frequency as described above, the efficiency can be increased to 91.6%. It turns out it's possible. Furthermore, if a positional deviation of 150 mm occurs in the central axis direction, the efficiency of 92.2% will drop to 81.9%, but by adjusting the supply frequency in the same way, the efficiency can be increased to 91.0%. was found to be possible.

Figure 0007357310000006
Figure 0007357310000006

図15に、幅方向であるx方向と中心軸方向であるy方向のそれぞれに位置ずれさせた場合の結合係数kの変化を示すグラフを図示してある。図15の横軸は位置ずれ量[mm]を示し、縦軸は位置ずれがない状態で1.0となるように正規化した結合係数k/kを示している。 FIG. 15 is a graph showing changes in the coupling coefficient k when the position is shifted in the x direction, which is the width direction, and the y direction, which is the central axis direction. The horizontal axis of FIG. 15 shows the amount of positional deviation [mm], and the vertical axis shows the coupling coefficient k/k 0 normalized to 1.0 in a state where there is no positional deviation.

グラフGx,Gyは、上記の製造例Eを用いた非接触給電装置55Aにおいて得られたものである。グラフGxは、x方向に位置ずれさせたときのものであり、グラフGyは、y方向に位置ずれさせたときのものである。 Graphs Gx and Gy are obtained in the non-contact power supply device 55A using Manufacturing Example E described above. Graph Gx is a graph when the position is shifted in the x direction, and graph Gy is a graph when the position is shifted in the y direction.

比較例のグラフC1~C3は非特許文献1に開示されている結合係数を基にグラフ化したものである。比較例のグラフC1はH型コアを用いた構成においてx方向の位置ずれを生じさせたときのものである。比較例のグラフC2はH型コアを用いた構成においてy方向の位置ずれを生じさせたときのものである。比較例のグラフC3は、サーキュラー型のコイルユニットを用いた構成において位置ずれを生じさせたときのものである。なお、サーキュラー型の位置ずれについては、x方向、および、y方向の方向依存性は無い。 Graphs C1 to C3 of the comparative example are graphs based on the coupling coefficients disclosed in Non-Patent Document 1. Graph C1 of the comparative example shows a case where a positional shift in the x direction is caused in a configuration using an H-shaped core. Graph C2 of the comparative example shows a case where a positional shift in the y direction is caused in a configuration using an H-shaped core. Graph C3 of the comparative example shows a case where positional deviation occurs in a configuration using a circular coil unit. Note that the circular positional shift has no directional dependence in the x direction and the y direction.

図15によると、ソレノイドコイルユニット50Aの製造例Eを用いた場合、位置ずれ量が300mmに達した場合であっても、x方向の位置ずれに対しては45%以上、y方向の位置ずれに対しては20%以上、結合係数kが維持された状態で電力の授受が可能であることを示している。一方、比較例のグラフC1~C3ではいずれも、結合係数kは、位置ずれ量が大きくなるにつれ、急激に低下していることが読み取れる。比較例のグラフC1では、位置ずれ量300mmでは結合係数kはほぼゼロとなり、比較例のグラフC2およびC3では、位置ずれ量が100mmに達した段階で既に、結合係数kがゼロより小さくなり、電力の授受ができないデッドスポットが存在している。 According to FIG. 15, when manufacturing example E of the solenoid coil unit 50A is used, even when the amount of positional deviation reaches 300 mm, the positional deviation in the y-direction is 45% or more relative to the positional deviation in the x-direction, and the positional deviation in the y-direction is This shows that power can be transferred while the coupling coefficient k is maintained at 20% or more. On the other hand, in all of the graphs C1 to C3 of the comparative example, it can be seen that the coupling coefficient k decreases rapidly as the amount of positional deviation increases. In the graph C1 of the comparative example, the coupling coefficient k becomes almost zero when the displacement amount is 300 mm, and in the graphs C2 and C3 of the comparative example, the coupling coefficient k becomes smaller than zero already when the displacement amount reaches 100 mm. There are dead spots where power cannot be transferred.

このように電力の伝送効率におよぼす位置ずれの影響を評価した結果、x方向、y方向共に高いロバスト性を有していることが確認された。これにより非接触給電技術のアプリケーションはより広がることとなり、電動モビリティへの走行中給電もより現実的なものとなる。 As a result of evaluating the influence of positional deviation on power transmission efficiency, it was confirmed that the structure had high robustness in both the x and y directions. This will further expand the applications of contactless power transfer technology, and make it more realistic to provide power while driving to electric mobility vehicles.

以上のように、第2実施形態のソレノイドコイルユニット50Aおよびそれを用いた非接触給電装置55Aによれば、追加磁極部30が設けられていることにより、より一層、高い次元で、結合係数、ロバスト性、軽量化の全てを成立させることができる。 As described above, according to the solenoid coil unit 50A of the second embodiment and the non-contact power supply device 55A using the same, since the additional magnetic pole section 30 is provided, the coupling coefficient can be improved at an even higher level. Both robustness and weight reduction can be achieved.

3.まとめ:
表4に示すように、従来のサーキュラー型のコイルユニットや、平板状コアを有するソレノイド型のコイルユニット、H型コアを有するソレノイド型のコイルユニットでは、結合係数、ロバスト性、軽量化のいずれの基準をも満たす状態ではない。これに対して、第1実施形態や第2実施形態のソレノイドコイルユニット50,50Aによれば、上述したように、結合係数、ロバスト性、軽量化の全てを高い次元で成立させることができる。また、従来のサーキュラー型のコイルユニットや、平板状コアを有するソレノイド型のコイルユニットでは、位置ずれが大きくなったときにデッドスポットが生じてしまう。H型コアを有するソレノイド型のコイルユニットでは、位置ずれの方向によってはデッドスポットが生じてしまう場合がある。これに対して、第1実施形態や第2実施形態のソレノイドコイルユニット50,50Aによれば、そうした従来のソレノイドコイルユニットよりも、位置ずれによるデッドスポットの発生を抑制することができる。
3. summary:
As shown in Table 4, conventional circular-type coil units, solenoid-type coil units with a flat core, and solenoid-type coil units with an H-shaped core have all the advantages of coupling coefficient, robustness, and weight reduction. It does not even meet the standards. On the other hand, according to the solenoid coil units 50 and 50A of the first embodiment and the second embodiment, as described above, all of the coupling coefficient, robustness, and weight reduction can be achieved at a high level. Further, in conventional circular coil units and solenoid type coil units having a flat core, dead spots occur when positional deviation becomes large. In a solenoid type coil unit having an H-shaped core, dead spots may occur depending on the direction of positional deviation. On the other hand, according to the solenoid coil units 50 and 50A of the first embodiment and the second embodiment, generation of dead spots due to positional deviation can be suppressed more than such conventional solenoid coil units.

以上、本願発明の好ましい実施形態および実施例について説明したが、本願発明はかかる実施形態や実施例に限定されるものではない。本願で開示した構成は、本願発明の技術的思想の範囲において、様々な変更や修正を加えることができる。例えば、上記の第1実施形態や第2実施形態のソレノイドコイルユニット50,50Aを、構成の異なる他のコイルユニットとの間の非接触給電に用いてもよい。 Although preferred embodiments and examples of the present invention have been described above, the present invention is not limited to such embodiments and examples. Various changes and modifications can be made to the configuration disclosed in this application within the scope of the technical idea of the invention of this application. For example, the solenoid coil units 50 and 50A of the first embodiment and the second embodiment described above may be used for contactless power supply between other coil units having different configurations.

10 ソレノイドコイル
20 棒状コア
21 中央部
22 端部
30 追加磁極部
50,50a,50A,50Aa ソレノイドコイルユニット
55,55A 非接触給電装置
100A,100B コイルユニット
101A サーキュラー型コイル
101B ソレノイド型コイル
102A 円盤状のフェライトコア
102B 平板状のフェライトコア
CX 中心軸
MF 磁束

10 Solenoid coil 20 Rod-shaped core 21 Center part 22 End part 30 Additional magnetic pole part 50, 50a, 50A, 50Aa Solenoid coil unit 55, 55A Non-contact power supply device 100A, 100B Coil unit 101A Circular coil 101B Solenoid coil 102A Disc-shaped Ferrite core 102B Flat ferrite core CX Central axis MF Magnetic flux

Claims (3)

他のソレノイドコイルユニットと非接触で電力の授受を行うソレノイドコイルユニットであって、
前記他のソレノイドコイルユニットが備える他のソレノイドコイルに対して、中心軸方向に直交する離間方向に所定の離間距離を隔てて並列に設置されるソレノイドコイルと、
前記ソレノイドコイルが巻回され、前記ソレノイドコイルの前記中心軸方向の長さより長い棒状コアと、
を備え、
前記棒状コアは、前記ソレノイドコイルが巻回された中央部と、前記ソレノイドコイルの両端から延び出ている端部と、を有し、
前記中央部の幅に対する長さの比率は2以上であり、
前記ソレノイドコイルの前記中心軸方向の長さは、前記離間距離の1.8以上2.2以下であり、
前記端部には、前記中央部よりも厚みが小さく、当該端部から張り出している板状の追加磁極部が設けられ、
前記追加磁極部の長さと幅は等しい、
ことを特徴とする、ソレノイドコイルユニット。
A solenoid coil unit that exchanges power without contact with other solenoid coil units,
a solenoid coil installed in parallel with another solenoid coil included in the other solenoid coil unit at a predetermined distance in a separation direction perpendicular to the central axis direction;
a rod-shaped core around which the solenoid coil is wound and which is longer than the length of the solenoid coil in the central axis direction;
Equipped with
The rod-shaped core has a central portion around which the solenoid coil is wound, and end portions extending from both ends of the solenoid coil,
The ratio of the length to the width of the central portion is 2 or more,
The length of the solenoid coil in the central axis direction is 1.8 or more and 2.2 or less of the separation distance,
The end portion is provided with a plate-shaped additional magnetic pole portion that is thinner than the center portion and protrudes from the end portion ,
The length and width of the additional magnetic pole portion are equal;
A solenoid coil unit characterized by:
前記追加磁極部の幅は、前記中央部の幅より大きい、請求項1に記載のソレノイドコイルユニット。 The solenoid coil unit according to claim 1, wherein the width of the additional magnetic pole portion is larger than the width of the central portion. 請求項1又は2に記載のソレノイドコイルユニットである第1のソレノイドコイルユニットと、
前記他のソレノイドコイルユニットである第2のソレノイドコイルユニットと、
を備え、
前記第1と第2のソレノイドコイルユニットの間において相互誘導を生じさせて電力を授受する、非接触給電装置。
A first solenoid coil unit which is the solenoid coil unit according to claim 1 or 2 ;
a second solenoid coil unit that is the other solenoid coil unit;
Equipped with
A non-contact power supply device that generates mutual induction between the first and second solenoid coil units to transmit and receive power.
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