JPH06105486A - 電磁給電装置 - Google Patents

電磁給電装置

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JPH06105486A
JPH06105486A JP4343791A JP34379192A JPH06105486A JP H06105486 A JPH06105486 A JP H06105486A JP 4343791 A JP4343791 A JP 4343791A JP 34379192 A JP34379192 A JP 34379192A JP H06105486 A JPH06105486 A JP H06105486A
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JP
Japan
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core
legs
coil
primary
leg
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Pending
Application number
JP4343791A
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English (en)
Inventor
Kazuyoshi Takeuchi
万善 竹内
Tatsuya Uematsu
辰哉 上松
Makoto Ito
伊藤  誠
Taiji Oodate
泰治 大立
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.)
Toyota Industries Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
Toyoda Automatic Loom Works Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】電力変換効率の格段の向上が可能な電磁給電装
置を提供。 【構成】三脚型コアの脚部を切断した形状を有し切断面
を合わせて有ギャップ磁気回路を構成する一次コア1及
び二次コア3と、中央脚部11、31に巻装される一次
コイル2及び二次コイル4とを備え、一次コア1及び一
次コイル2が給電部を、二次コア3及び二次コイル4が
受電部を構成する三脚型コア式電磁給電装置において、
中央脚部11、31と端脚部12、32との間の幅(以
下、脚間幅という)Wを、中央脚部11、31及び端脚
部12、32の高さ(以下、脚高という)Hの1.5倍
以上としたものである。脚間幅Wを脚高Hに対して増大
すると、電力変換効率が格段に向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電磁給電装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】一次コイルが巻装された一次コアと二次
コイルが巻装された二次コアとを突き合わせて有ギャッ
プ磁気回路を構成し、一次コイルから二次コイルに給電
する電磁給電方式が公知であり、一次コア及び二次コア
の形状としては、コ字形(特開昭63−151006号
公報)、E字形(図11、図12参照)、同軸円筒形
(特開昭63−240331号公報)が知られている。
E字形コア及び同軸円筒形コアは断面が三脚となるの
で、三脚型コアと呼ぶ。
【0003】すなわち、上記した従来の三脚型コアを用
いる電磁給電装置では、断面がE字状の一次コア1aの
中央脚部に一次コイル2aを、断面がE字状の二次コア
3aの中央脚部に二次コイル4aを巻装し、両コアを突
き合わせて給電を行う。但し、図12では二次コア内部
の磁束分布の図示を省略する。一方、上記したE字形コ
ア式を用いる従来の巻鉄心式の三相変圧器(図11参
照)では、中央脚部と端脚部との間の幅(以下、脚間幅
Wという)と、中央脚部及び端脚部の高さ(以下、脚高
Hという)との比率W/Hは、要求される電気装荷及び
磁気装荷を実現できるコア重量及びコイル重量を低減す
るため、W/H=0.5倍程度に設計される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】三脚型閉磁路コアはコ
イルをその中央柱部に巻装し、端柱部又は筒部でコイル
を覆う形状であるので、コ字形コア(二脚型コア)に比
べて漏れ磁束量が少なく、電力変換効率が高いという利
点を有している。しかしながら、例えば電気自動車用の
給電装置への応用などにおいては大電力給電及び装置の
小型軽量化が要求され、そのために周波数の向上が必要
となる。
【0005】しかしながらこのような周波数の向上を行
うと、有ギャップ磁気回路であるため磁気回路の磁気抵
抗が大きく、漏れ磁束が増加し、これに伴い励磁電流も
増加して電力変換効率(=二次側有効電力/一次側有効
電力)が大幅に低下することがわかった。本発明は、上
記問題点に鑑みなされたものであり、給電効率の格段の
向上が可能な電磁給電装置を提供することを、その解決
すべき課題としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の電磁給電装置
は、中央脚部及び端脚部にギャップを有し突き合わせに
より日字形状断面の三脚型閉磁路コアを構成する一次コ
ア及び二次コアと、上記中央脚部に巻装される一次コイ
ル及び二次コイルとを備え、上記一次コア及び上記一次
コイルが給電部を、上記二次コア及び上記二次コイルが
受電部を構成する電磁給電装置において、上記中央脚部
と一対の端脚部との間の幅Wは、上記中央脚部及び上記
端脚部の高さHの1.5倍以上に設定されることを特徴
としている。
【0007】上記三脚型閉磁路コアは、一方の中央脚部
とその両側に並立される2本の端脚部を有する角形三脚
型閉磁路コアの他、中央脚部の周囲に円筒棒の端脚部を
同軸状に並立させる同軸形三脚型閉磁路コアを含む。こ
れら中央脚部及び端脚部の設けるギャップの位置は自由
である。好適な態様において、上記W/Hは、2〜6の
範囲に設定される。
【0008】
【作用及び発明の効果】この発明では、中央脚部及び端
脚部に突き合わせギャップを有する三脚型閉磁路コアを
構成する一次コア及び二次コアと、中央脚部に巻装され
る一次コイル及び二次コイルとを備え、一次コア及び一
次コイルが給電部を、二次コア及び二次コイルが受電部
を構成する三脚型閉磁路コア式電磁給電装置において、
中央脚部と端脚部との間の幅(以下、脚間幅という)W
を、中央脚部及び端脚部の高さ(以下、脚高という)H
の1.5倍以上としたものである。
【0009】従来、この種の有ギャップ三脚型閉磁路コ
アを用いた電磁給電装置(三脚型閉磁路コア式有ギャッ
プ変圧器)において、脚間幅Wと脚高Hとの比率と電力
変換効率との関係については何ら検討されていなかっ
た。そこで本発明者らが実験したところ、脚間幅Wと脚
高Hとの比率と電力変換効率とは深い相関関係を有して
おり、脚間幅Wを脚高Hに対して増大するほど電力変換
効率が格段に向上することが判明した。
【0010】その理由の一つとして、このような三脚型
閉磁路コア式有ギャップ変圧器では、隣接する脚部間の
漏れ磁束(一次コイルによる)のうち、二次コイルと鎖
交しない成分の増加が励磁電流を増加させて、電力変換
効率を大きく低下させるが、脚間幅Wを増加することに
より、この鎖交しない成分を大幅に低減できることがわ
かった。
【0011】その結果、本発明の電磁給電装置は、漏れ
磁束の増加を抑えることができるので、電力ロスが少な
く、装置の小型化ができ、また高周波数で高効率で使用
できるので更に小型化が可能となる。また、節電が可能
となる。
【0012】
【実施例】(実施例1)本発明の電磁給電装置の一実施
例を図1に示す。この電磁給電装置は、一次コア1及び
一次コイル2からなる給電部と、二次コア3及び二次コ
イル4からなる受電部からなり、給電部は固定され、受
電部は手動乃至自動で給電部に突き合わせて用いられ
る。
【0013】一次コア1及び二次コア3は、電磁鋼板又
はフェライトを素材とする三脚型閉磁路コアをその脚部
で分割した形状を有し、一次コア1の中央脚部11と二
次コア3の中央脚部31とは同高とされ、一次コア1の
端脚部12と二次コア3の端脚部32は同高とされてい
る。一次コイル2は一次コア1の中央脚部11に巻装さ
れ、二次コイル4は二次コア3の中央脚部31に巻装さ
れている。
【0014】以下、主要パラメ−タを記載する。脚間幅
Wは130mm、脚高Hは60mm、L1は340m
m、L2は40mm、L3は40mm、H1は50m
m、H3は20mm、Wの計測方向(高さ方向)及びH
の計測方向(長さ方向)と直角な幅方向(紙面直角方
向)は110mmであり、したがって、中央脚部11及
び端脚部32は長方形の形状を有している。一次コイル
2の巻数N1は120ターン、二次コイル4の巻数N2
は350ターンとした。
【0015】以下、この電磁給電装置の作用効果を説明
する。両コア1、3を突き合わせた状態で一次コイル2
に数百Hz(電磁鋼板)又は数kHz〜数百kHz(フ
ェライト)の交流電圧を印加すると、この有ギャップ磁
気回路に交流磁束が誘起され、二次コイル4に二次電圧
が誘導される。この有ギャップ磁気回路における最も磁
気抵抗が大きな部分は当然、接合部であり、比較的周波
数が高いので磁束が空間部分を流れやすくなっている。
その結果、二次コイル4と全く鎖交しない又は一部しか
鎖交しない漏れ磁束ΦRが生じ、これにより二次電圧の
低下を生じ、この二次電圧の低下は二次電流による磁束
分布変化により顕著になる。
【0016】しかしながら本実施例では、中央脚部1
1、31と端脚部12、32との間の脚間幅Wが脚高H
に対して大きいので、この漏れ磁束ΦRを低減すること
ができ、その結果、二次電圧の低下を低減することがで
きる。なお、上記実施例において、受電部と給電部とを
反対としてもよく、端脚部32を筒状に形成してもよ
い。
【0017】上記した本実施例の三脚型閉磁路コア式の
電磁給電装置(図1参照)と、従来の三脚型閉磁路コア
式の電磁給電装置(図11参照)との比較試験を実施し
た。その結果を図3に示す。なお、突き合わせギャップ
は5mmとし、一次コイル2、2aのターン数を等しく
し、二次コイル4、4aのターン数も等しくした。図1
1の脚間幅wは43mm、脚高hは180mm、紙面と
直角な厚さは等しくした。
【0018】図3からわかるように、本実施例の三脚型
閉磁路コア式は、従来の三脚型閉磁路コア式に比べて格
段に高い電力変換効率をもつことが判明した。ちなみに
図2に図1の三脚型閉磁路コアにおける磁束分布を示
し、図12に図11の三脚型閉磁路コアにおける磁束分
布を示す。次に、図1のコアにおいて、W/H及び二次
電流I2 を種々変更して、理論二次電圧に対する実際の
二次電圧の比率を調べた。その結果を図4に示す。
【0019】図4から、W/Hを1.5以上とすること
により、出力電圧の低下を大幅に改善でき、特に大電流
域での電力変換効率を格段に向上できることがわかっ
た。なお、W/Hは2〜6とすることが更に好ましい。
W/Hは、2以上とすることにより更に電力変換効率を
向上できるが、6を超えると磁路長の延長により必要鉄
量が増大し、鉄損も増大し、体格も大型化する。 (実施例2)本発明の電磁給電装置の他の実施例を図5
及び図6に示す。ただし、本明細書において同一機能の
構成要素には同一符号を付す。
【0020】この電磁給電装置は、図1に示す角形三脚
型閉磁路コアにおいて、一次コア1をT字形断面とし、
二次コア3をコ字形断面としたものである。このように
しても、実施例1と同様の効果を奏するとともに、中央
脚部11のギャップg1と端脚部32のギャップg2と
が離れるので、更に漏れ磁束ΦRが減少する。 (実施例3)本発明の電磁給電装置の他の実施例を図7
に示す。ただし、本明細書において同一機能の構成要素
には同一符号を付す。
【0021】この電磁給電装置は、図1に示す実施例1
の角形三脚型閉磁路コアにおいて、一次コア1をI字形
断面とし、二次コア3をE字形断面としたものである。
このようにしても、実施例1と同様の効果を奏すること
ができる。 (実施例4)本発明の電磁給電装置の他の実施例を図8
及び図9に示す。ただし、本明細書において同一機能の
構成要素には同一符号を付す。
【0022】この電磁給電装置は、図5に示す角形三脚
型閉磁路コアを、円筒形三脚型閉磁路コアに変更したも
のである。すなわち、二次コア3は円筒壁(本発明でい
う端脚部)32を有する底付円筒からなり、一次コア1
は二次コア3の開口を遮蔽可能な蓋板の中心から円筒壁
32と平行に立設する円柱部(本発明でいう中央脚部)
11を有している。
【0023】この実施例も、実施例1と同様の効果を奏
することができ、更にこの実施例では、一次コイル2及
び二次コイル4がコアにより完全に囲包されるために漏
れ磁束を一層低減することができる。この実施例におい
ても、円筒壁32及び円柱部11に設けるギャップg
1、g2の位置は自由であり、両コア1、3を、図1に
示すE字形断面としたり、図7に示すI、E字形断面と
することもできる。
【0024】次に、図8及び図9のコアにおいて、W/
H及び二次電流I2 を種々変更して、理論二次電圧に対
する実際の二次電圧の比率を調べた。その結果を図10
に示す。コア材料はフェライトであり、ギャップ間隔は
0.5mm、周波数は80KHz、N1:N2=10
0:170、V1=200Vとした。但し、W/H=
0.5のコアにおいて、W=17.3mm、H=34.
6mm、総高さは49.6mm、外径は74.6mm、
円筒壁32の径方向厚さは5mmとした。
【0025】W/H=1のコアにおいて、W=H=2
4.5mm、総高さは39.6mm、外径は89.0m
m、円筒壁32の径方向厚さは5mmとした。W/H=
1.5のコアにおいて、W=30.0mm、総高さは3
5.0mm、外径は100.0mm、円筒壁32の径方
向厚さは5mmとした。W/H=2のコアにおいて、W
=34.5mm、総高さは32.4mm、外径は10
9.0mm、円筒壁32の径方向厚さは5mmとした。
【0026】W/H=4のコアにおいて、W=49.1
mm、総高さは27.2mm、外径は138.2mm、
円筒壁32の径方向厚さは5mmとした。図10から、
W/Hを1.5以上とすることにより、出力電圧の低下
を大幅に改善でき、特に大電流域での電力変換効率を格
段に向上できることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電磁給電装置の一実施例を示す模式断
面図、
【図2】図1の磁束分布図、
【図3】実験結果を示す特性図、
【図4】実験結果を示す特性図、
【図5】実施例2の電磁給電装置の模式断面図、
【図6】図5の平面図、
【図7】実施例3の電磁給電装置の模式断面図、
【図8】図9の平面図、
【図9】実施例4の電磁給電装置の模式断面図、
【図10】図8に示す電磁給電装置の実験結果を示す特
性図、
【図11】従来の電磁給電装置の模式断面図、
【図12】図11の磁束分布図。
【符号の説明】
1は一次コア、2は一次コイル、3は二次コア、4は二
次コイル、11、31は中央脚部、12、32は端脚部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上松 辰哉 愛知県刈谷市豊田町2丁目1番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 (72)発明者 伊藤 誠 愛知県刈谷市豊田町2丁目1番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 (72)発明者 大立 泰治 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】中央脚部及び端脚部にギャップを有し突き
    合わせにより日字形状断面の三脚型閉磁路コアを構成す
    る一次コア及び二次コアと、上記中央脚部に巻装される
    一次コイル及び二次コイルとを備え、上記一次コア及び
    上記一次コイルが給電部を、上記二次コア及び上記二次
    コイルが受電部を構成する電磁給電装置において、 上記中央脚部と一対の端脚部との間の幅Wは、上記中央
    脚部及び上記端脚部の高さHの1.5倍以上に設定され
    ることを特徴とする電磁給電装置。
  2. 【請求項2】上記W/Hは、2〜6の範囲に設定される
    請求項1記載の電磁給電装置。
JP4343791A 1992-08-05 1992-12-24 電磁給電装置 Pending JPH06105486A (ja)

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JP20916792 1992-08-05
JP4-209167 1992-08-05
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