JPH04122007A

JPH04122007A - 非接触型トランス

Info

Publication number: JPH04122007A
Application number: JP2244885A
Authority: JP
Inventors: Hidetoshi Matsuki; 英敏松木; Takayuki Yamamoto; 孝幸山本
Original assignee: Unitika Ltd
Current assignee: Unitika Ltd
Priority date: 1990-09-12
Filing date: 1990-09-12
Publication date: 1992-04-22
Anticipated expiration: 2014-01-13
Also published as: JP2846090B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、例えば電気カミソリ、電気アイロン、パーソ
ナルコンピュータ、ワードプロセッサ、コードレス電話
機などのバッテリー駆動壓電子機器において、充電用又
は駆動用電力を、給電ケーブルや接点を用いずに伝達す
るために用いることができ、１次側と２次側が接触しな
い形式の非接触型トランスに関する。

［従来の技術］従来、バッテリー駆動型電子機器へ電力を供給する場合
において、当該機器に給電用ケーブルを接続する有線接
続方式が用いられている。この有線接続方式においては
、商用電源から供給された交流電力は直流変換アダプタ
により降圧されかつ整流された後、変換後の直流電力が
給電用ケープルを介して当該機器に供給される。

また、上記機器に充電池を装着して、上記充電池から上
記機器と上記充電池との間の接点を介して上記機器に電
力供給を行う方式（以下、接点接続方式という。）が用
いられている。

［発明が解決しようとする課題１上記有線接続方式では、機器と直流変換アダプタとを接
続する給電用ケーブルがあるために、自由に上記機器を
移動させることができないため、機器の操作性を大幅に
低下させるという問題点があり、また、操作者が上記給
電用ケーブルを誤って引っ掛けることによる機器の転落
・破損、給電の中断、及び給電用ケーブルの切断等の事
故が生じることがあるという問題点があった。

また、上記接点接続方式では、接点間の電気的接続を確
実にかつ長期にわたって保持することが難しいという問
題点があった。さらに、上記充電池の接点を機器の操作
者が誤って触れる可能性があるため、電力供給に用いる
充電池の電圧を高く設定することができず、例えば電気
アイロンなどの多大の電力を消費する機器５こ、充電池
を用いることができないという問題点があった。

これらの問題点を解決するため、上記有線接続方式及び
接点接続方式を用いず、渦巻き状の２つの平面コイルを
対向させて電力の伝送を非接触で行なう方法が提案され
ている。しかしながら、この方法では、伝送される電力
が比較的小さい場合であっても、当該渦巻き状の平面コ
イルの大きさが極めて大きくなり、言い換えれば、当該
平面コイルの大きさの割りには伝送可能な電力は小さく
なるという問題点があつ！；。また、ジュール熱による
熱損失が大きいため、所定の伝送電力を得るための励磁
電流が極めて大きくなり、信号伝送用以外の用途では実
質的には応用することができないという問題点があった
。

本発明の目的は以上の課題を解決し、上述のケーブルや
接点に関するトラブルを解消することができ、１次側と
２次側が非接触の状態で電力伝送又は信号伝送を安定に
かつ効率的５こ行い、しかも小型・軽量である非接触ト
ランスを提供することにある。

１課題を解決するための手段］請求項１記載の本発明に係る非接触型トランスは、それ
ぞれ渦巻き状に巻回されて形成され第１と第２の面を有
する１次コイルと２次コイルとを備え、上記１次コイル
と上記２次コイルの各第１の面に、複数の磁性体を上記
コイルの中心部から放射状に装着し、上記１次コイルと
上記２次コイルを、上記１次コイルと上記２次コイルの
間で電磁的結合が生じるように所定の間隔だけ離れかつ
上記１次コイルと上記２次コイルの各第２の面が対向す
るように設けて構成したことを特徴とする。

また、請求項２記載の本発明に係る非接触トランスは、
それぞれ渦巻き状に巻回されて形成され第１と第２の面
を有する１次コイルと２次コイルとを備え、上記２次コ
イルの第１の面に、複数の磁性体を上記２次コイルの中
心部から放射状に装着し、上記１次コイルと上記２次コ
イルを、上記１次コイルと上記２次コイルの間で電磁的
結合が生じるように所定の間隔だけ離れかつ上記１次コ
イルと上記２次コイルの各第２の面が対向するように設
けて構成したことを特徴とする。

［作用］請求項１記載の非接触トランスにおいて、上記１次コイ
ルに所定の電圧を印加したとき、上記１次コイルに発生
する磁束は、上記１次コイルに装着された各磁性体、及
び上記２次コイルに装着された各磁性体に沿って閉磁路
を形成する。従って、上記１次コイルに入力した電力を
従来に比較し極めて高い効率で上記２次コイルに伝送す
ることができる。

まｔ；、請求項２記載の非接触トランスにおいて、上記
１次コイルに所定の電圧を印加したとき、上記１次コイ
ルに発生する磁束は、上記２次コイルに装着された各磁
性体に沿って閉磁路を形成する。

すなわち、上記１次コイルにおける閉磁路の形成は不完
全ではあるが、上記２次コイルにおいて閉磁路が形成さ
れる。従って、請求項１記載の非接触型トランスに比べ
て電力の伝送効率は低下するが、上記１次コイルに入力
した電力を従来に比較し高い効率で上記２次コイルに伝
送することができる。

［実施例コ以下、図面を参照して本発明による実施例について説明
する。

第１図は本発明に係る実施例１の非接触型トランスの斜
視図であり、第２図は第１図の非接触型トランスの１次
側を上部から見た平面図、第３図は第１図の非接触型ト
ランスの２次側を下部から見た平面図である。

第１図及び第２図に示すように、エナメルで被覆された
銅線が同一の平面上で円形で渦巻き状に巻回されて１次
コイル１１を構成し、この１次コイル１１の一端が端子
Ｔｌｌに接続されるとともに、その他端が端子ＴＩ２に
接続される。この１次コイル１１の上面に、複数本の円
柱形状の磁性体１２から構成される１次磁心部１３が、
放射状に、すなわち各磁性体１２の長手方向が１次コイ
ル１１の渦巻きの中心から外周部に向かう放射方向にな
るように、例えば接着剤を用いて装着されまｔ；、第１
図及び第３図に示すように、エナメルで被覆された銅線
が同一の平面上で円形で渦巻き状に巻回されて２次コイ
ル２１を構成し、この２次コイル２１の一端が端子Ｔ２
１に接続されるとともに、その他端が端子Ｔ２２に接続
される。

この２次コイル２１の下面に、複数本の円柱形状の磁性
体２２から構成される２次磁心部２３が、放射状に、す
なわち各磁性体２２の長手方向が２次コイル２１の渦巻
きの中心から外周部に向かう放射方向となるように、例
えば接着剤を用いて装着される。

以上のように構成された１次磁心部１３付き１次コイル
１１と、２次磁心部２３付き２次コイル２１が、それら
の各磁心部１３．２３が装着されていない各面、すなわ
ち１次コイル１１の下面と２次コイル２１の上面が対向
し、かつ所定間隔ｇだけ離れて設けられて、固定具（図
示せず。）により固定される。

なお、実施例１におけるコイル１１．２１及び磁心部１
３．２３の仕様を第１表に示す。上述の図において、図
示の簡単化のため、各磁心＠ｌ　３゜２３は６本の磁性
体１２．２２のみを示している。

一般に、長手方向の長さを有する円柱形状の各磁性体１
２．２２の磁気抵抗は長手方向に小さくなる。従って、
以上のように構成された実施例１において、端子１１，
７１２間に所定の電圧ｖｌを印加したとき、以下のよう
に磁束が生じる。すなわち、１次コイル１１の回りに磁
束が生じ、この磁束が１次コイル１１に装着された各磁
性体１２に進入し、各磁性体１２におけるコイル１１の
中心部側から外周部側に向かう方向、すなわち放射方向
で分布する。この１次コイルｌｌ側の磁束は、対向する
２次コイル２２の下面に装着された各磁性体２２Ｉ：お
ける２次コイル２１の外周部側に進入し、それらの外周
部側から中心部側Ｃ；流れ、最後に２次コイル２１の中
心部側から１次コイル１１側に戻る。

以上説明したように、各コイル１１．２１の背面に、各
コイル１１．２１の放射方向に磁気抵抗の小さい複数本
の磁性体１２．２２を設けることにより、平面形状の渦
巻きコイル１１．２１にもかかわらず、■対のコイル１
１．２１間に第１図において点線で示すように閉磁路が
形成されている。従って、１次コイル１１と２次コイル
２１との間の結合係数を大きくすることができ、高い伝
送効率で電力を１次コイル１１から２次コイル２１に伝
送することができる。

また、上述のように構成して閉磁路を形成しているので
、１次コイル１１において発生した磁束が各磁性体１２
．２２に進入するときに発生する円周方向の渦電流の発
生を大幅に抑制しており、これによって、変換損失を低
下させ、さらに電力の伝送効率を高めることができる。

以上の実施例１においては、各コイル１１．２１は磁心
部１３．２３を備えているが、本発明はこれに限らず、
第４図に図示する実施例２におけるように、１次コイル
１１が磁心部１３を備えず、２次コイル２１のみが磁心
部２３を備えるよう番こシテモよい。この実施例２の構
成においては、ｌ次コイル１１に磁心部を備えていない
ので、１次コイル１１において実施例１に比べて磁束の
閉磁路の形成が不完全である。しかしながら、２次コイ
ル２１１：おいては磁束の閉磁路が概ね完全に形成され
ているので、実施例１に比較し電力の伝送効率は低下す
るが、後述の実験結果に示すように電力の伝送を十分に
行なうことができる。

以上のように構成された実施例１と実施例２の非接触盤
トランスの電気特性を他の構成のものと比較するため、
本発明者は、第１表に示す仕様を有する実施例１及び実
施例２の各非接触トランスを作成するとともに、第２表
、第３表及び第４表に示すような１次及び２次コイルと
１次及び２次磁心部を用いて、比較例１、比較例２及び
比較例３の各非接触型トランスを作成した。すなわち、
比較例１は１次コイル及び２次コイルともに磁心部が無
い場合である。また、比較例２においては、磁心１枚と
して厚さ２５μｍのアモルファス薄板をドーナツ状に打
ち抜いたものを用い、この磁心な−１１枚重ねて各磁心
部として用いた場合である。

さらに、比較例３は、各磁心部として厚さ０．２５ｍｍ
の鉄板をドーナツ状に打ち抜いたものを用いた場合であ
る。

上述のように作成したこれらの非接触トランスを用いて
実験をした結果を以下に示す。

第５図は実施例１と比較例１におけるコイル間の距離ｇ
に対する結合係数特性を示すグラフである。第５図から
、実施例１の結合係数は、比較例１のそれよりも８％乃
至２０％だけ向上していることがわかる。

第６図は実施例１と比較例１におけるコイル間の距離ｇ
に対する１次電流密度Ｊ１特性を示すグラフである。第
６図から、実施例１においては、同一の出力電力を得る
場合の励磁電流の値が、比較例１のそれに比べて、５３
％乃至６３％でよいということがわかる。

第７図は実施例１１比較例１及び比較例２における２次
電流工、に対する電力伝送効率り特性を示すグラフであ
る。第７図から、本発明に係る実施例１においては、比
較例１及び比較例２に比べて良好な電力伝送効率を得る
ことができることがわかる。なお、比較例３について第
７図の測定を行っｔ；が、比較例３に用いた鉄板が電磁
誘導により加熱され、１次コイルに入力された電力が熱
エネルギーとして放散し、２次コイルに電力を伝送させ
ることができなかった。

第８図は実施例１と実施例２における２次電流Ｉ、に対
する電力伝送効率Ｖ特性と出力電力Ｐ、特性を示すグラ
フである。第８図から、２次コイル２１のみに磁心部２
３を設けた実施例２においては、両コイル１１．２１に
磁心部１３．２３を設けた実施例１に比較し、電力伝送
効率が数％だけ低下するが、２次電流と出力電力の関係
には変化がなく、１次コイル１１から２次コイル２１に
十分に電力を効率良く伝送することができるということ
がわかる。

以上の実施例においては、磁心部として円柱形状の磁性
体１２．２２を用いているが、本発明はこれに限らず、
各磁心部１３．２３として、第９図に図示する、中心部
が欠けた円弧のストリップ形状を有する複数本の磁性体
３１からなる磁心部３０を用いてもよい。すなわち、中
心部が欠けＩ；円弧のストリップ形状を有する複数本の
磁性体３１を隙間無く接着してドーナツ状の磁心を形成
し、この磁心を複数枚重ねて接着し磁心部３０を形成す
る。この変形例では、実施例１の磁心部１３゜２３と同
様に、各磁性体３１が、各磁性体３１の長手方向が、各
コイル１１．２１の中心部から外周部に向かう放射方向
となるように設けられるので、実施例１と同様の作用と
効果を有する非接触トランスを形成することができる。

なお、第９図においては、２次コイル２１側について図
示しているが、１次コイル１１側についても同様に構成
される。

また、この第９図の変形例では、各磁性体３１の間を隙
間無く接着しているが、これに限らず、各磁性体３１を
所定の間隔だけ離して各コイルｌｌ、２１の、対向面で
ない各平面上に設けるようにしてもよい。

以上の実施例においては、電力伝送に用いる場合につい
て説明しているが、本発明はこれに限らず、信号伝送用
トランスに適用することができる。

すなわち、例えば１ＯｋＨｚ程度の周波数の搬送波を信
号電圧で、例えば振幅変調又は周波数変調などの変調方
式で変調し、変調波を１次コイル１１に印加して２次コ
イル２１から変調波を取り出し、取り出した変調波を復
調するようにすればよい。

なお、磁心部１３．２３の磁性体１２．２２の材料は、
好ましくはケイ素鋼、鉄シリコン磁性材料、アモルファ
ス磁性材料、又は超微細結晶粒からなる鉄系軟磁性材料
である。ここで、磁性材料の磁気特性を考慮すると、使
用周波数が擬ね１ｋＨｚ以下では、ケイ素鋼、又は鉄シ
リコン磁性材料を使用し、概ね１ｋＨｚ以上では、アモ
ルファス磁性材料、又は超微細結晶粒からなる鉄系軟磁
性材料を使用することが好ましい。

（以下余白）第１表実篇例１及び実施例２（注）ただし、実施例２においては、１次側に磁心部が
無い。

まｔ；、上記アモルファス線は、ＣｏＦｅ５ｉＢからな
るユニチカ製アモルファスワイヤーを使用し　ｔこ。

（以下余白）第２表比較例１（以下余白）第３表比較例２（注）上記アモルファス薄板として、アライドーシイグ
ナル社製メトグラス２７０５Ｍ（商標名）を使用しｔ；
。

（以下余白）第４表比較例３（以下余白）［発明の効果］以上詳述したように本発明によれば、それぞれ渦巻き状
に巻回されて形成され第１と第２の面を有する１次コイ
ルと２次コイルとを備え、少なくとも上記２次コイルの
第１の面に、複数の磁性体を上記コイルの中心部から放
射状に装着し、上記１次コイルと上記２次コイルを、上
記１次コイルと上記２次コイルの間に電磁的結合が生じ
るように所定の間隔だけ離れかつ上記１次コイルと上記
２次コイルの各軍２の面が対向するように設けて構成し
たので、上記１次コイルに所定の電圧を印加したとき、
上記１次コイルに発生する磁束は、上記２次コイルに装
着された各磁性体に沿って閉磁路を形成し、上記１次コ
イルに入力した電力を従来に比較し高い効率で上記２次
コイルに伝送することができるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る実施例１の非接触型トランスの斜
視図、第２図は第１図の非接触型トランスの１次側を上部から
見た平面図、第３図は第１図の非接触型トランスの２次側を下部から
見た平面図、第４図は本発明に係る実施例２の非接触型トランスの斜
視図、第５図は実施例１と比較例１におけるコイル間の距離ｇ
に対する結合係数特性を示すグラフ、第６図は実施例１
と比較例１におけるコイル間の距離ｇに対する１大室流
密度Ｊ、特性を示すグラフ、第７図は実施例１１比較例１及び比較例２における２大
電流ｌ、に対する電力伝送効率１特性を示すグラフ、第８図は実施例１と実施例２における２大電流ｌ、に対
する電力伝送効率ダ特性と出力電力Ｐ、特性を示すグラ
フ、第９図は本発明に係る変形例において用いられるストリ
ップ状の磁性体からなる磁心部を示す斜視図である。１１・・・１次コイル、１２・・・磁性体、１３・・・１次磁心部、２１・・・２次コイル、２２・・・磁性体、２３・・・２次磁心部、３０・・・磁心部、３１・・・磁性体。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）それぞれ渦巻き状に巻回されて形成され第１と第
２の面を有する１次コイルと２次コイルとを備え、上記
１次コイルと上記２次コイルの各第１の面に、複数の磁
性体を上記コイルの中心部から放射状に装着し、上記１
次コイルと上記２次コイルを、上記１次コイルと上記２
次コイルの間で電磁的結合が生じるように所定の間隔だ
け離れかつ上記１次コイルと上記２次コイルの各第２の
面が対向するように設けて構成したことを特徴とする非
接触型トランス。
（２）それぞれ渦巻き状に巻回されて形成され第１と第
２の面を有する１次コイルと２次コイルとを備え、上記
２次コイルの第１の面に、複数の磁性体を上記２次コイ
ルの中心部から放射状に装着し、上記１次コイルと上記
２次コイルを、上記１次コイルと上記２次コイルの間で
電磁的結合が生じるように所定の間隔だけ離れかつ上記
１次コイルと上記２次コイルの各第２の面が対向するよ
うに設けて構成したことを特徴とする非接触型トランス
。