JPH1092671A - 電力伝達用コイル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 外的圧力に強く、しかもコストの低減を図る
ことができる電力伝達用コイルを提供することを主目的
とする。 【解決手段】 巻線４２を磁気コア２６に巻き回して構
成され、固定体５および移動体３の間における電力伝達
を他の電力伝達用コイルとの磁気的結合により非接触で
行うために固定体５および移動体３の少なくとも一方に
配設可能に構成されている電力伝達用コイル１２におい
て、磁気コア２６は、複数の独立した磁気コア片２４を
組み合わせて構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固定体と移動体と
の間における電力伝達を非接触で行うための電力伝達用
コイルに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】固定体と、その固定体に対向した状態で
回転移動する回転体との間において非接触で電力を伝達
するために、磁気結合による電力伝達方式が一般的に採
用されている。このような電力伝達方式においては、固
定体と回転体の両者は、互いに磁気結合が可能な電力伝
達用コイルをそれぞれ備えている。この種の電力伝達用
コイルとして、特開昭５８−１１５９４５号公報および
特開昭６１−２７１８０６号公報などに開示されたもの
が従来から知られている。

【０００３】これらの公報に開示された電力伝達用コイ
ルでは、いわゆるポットコアと呼称される磁気コアが使
用されており、この磁気コア６０は、基本的には、図７
に示すように、円盤状のベース部６２と、ベース部６２
の中央部に立設された内壁６４と、ベース部６２の外縁
に立設された外壁６６とで一体的に構成され、その中央
部には、内壁６４によって形成され回転軸を挿通させる
ための孔部６８と、内壁６４と外壁６６とで形成され巻
線を収納するためのリング状の溝部７０とが形成されて
いる。このような磁気コア６０を用いた電力伝達用コイ
ルは、一般的には、以下の工程を経て製造されている。
すなわち、まず、磁気コア６０自体は、金型に粉末磁性
体を詰めた状態でプレス機によってプレスした後、高熱
を加えることにより成形加工する。次いで、成形加工し
た磁気コア６０の内壁６４の外周に巻線を巻き付けた
り、予めリング状に巻き回した巻線を溝部７０に収納し
たりすることによって電力伝達用コイルが製造されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この従来の
電力伝達用コイルには、以下の問題点がある。すなわ
ち、第１に、従来の磁気コア６０は、電力伝達装置に対
する小型化の要請を満たしつつ巻線を収納するための溝
部７０を形成しなければならないため、外径の割に内壁
および外壁の厚みを薄く形成しなければならない。この
ため、従来の電力伝達用コイルには、磁気コア６０が、
外的圧力によって割れたり欠けたりしてしまい、基本的
にはもろいという問題点がある。第２に、大電力を伝達
させるためには磁気コア６０も大型化させる必要があ
り、かかる場合には、成形加工時に用いる金型も大型化
する。このため、従来の電力伝達用コイルには、金型費
のコストアップに伴って磁気コア６０の製造コストも上
昇してしまうという問題点がある。また、この場合、磁
気コア６０の大型化は、その分、均一なプレスを困難に
するため、成形加工時の歩留まりを低下させる結果、製
造コストをさらに上昇させるという問題点もある。第３
に、伝達させる電力値などの電気的仕様が異なれば、そ
れに応じて磁気コアの大きさを変える必要がある。した
がって、数多くの金型を製造・管理しなければならない
ため、従来の電力伝達用コイルには、製造コストの上昇
のみならず、その管理も煩雑であるという問題点があ
る。第４に、従来の電力伝達用コイルでは、磁気コア６
０の内壁６４に巻線を巻き付けたりして構成しているた
め、巻線を少なくとも１ターン以上内壁６４に巻き付け
なければならないなどの制約がある。このため、従来の
電力伝達用コイルには、例えば１つの電力伝達用コイル
を用いて任意の電圧値の交流を２種類以上誘起させる必
要がある受電用コイルに用いる場合などにおいて、種々
の電気的仕様のすべてを満足させることが困難であると
いう問題点がある。

【０００５】本発明は、かかる問題点を解決すべくなさ
れたものであり、外的圧力に強く、しかもコストの低減
を図ることができる電力伝達用コイルを提供することを
主目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく請
求項１記載の電力伝達用コイルは、巻線を磁気コアに巻
き回して構成され、固定体および移動体の間における電
力伝達を他の電力伝達用コイルとの磁気的結合により非
接触で行うために固定体および移動体の少なくとも一方
に配設可能に構成されている電力伝達用コイルにおい
て、磁気コアは、複数の独立した磁気コア片を組み合わ
せて構成されていることを特徴とする。この場合、磁気
コアは、すべてが同一形状の磁気コア片を組み合わせて
もよいし、異種形状の磁気コア片を組み合わせてもよ
い。また、巻線として、フレキシブル基板に形成したプ
リントパターンを用いてもよい。

【０００７】この電力伝達用コイルでは、磁気コアが複
数の磁気コア片の組合せで構成されているため、磁気コ
ア片の外形は少なくとも磁気コアの外形よりも小さくな
る。したがって、磁気コア片製造用金型の小型化を図る
ことができる結果、金型費の低減が可能になる。また、
小型化された分、外的圧力が加わった際に生じる内部の
歪みが小さくなるため、従来の電力伝達用コイルの磁気
コアと比較して外的圧力に対して強くなる。さらに、小
型化された分、プレスを均一にすることができるため、
成形加工時における歩留まりが向上する。しかも、成形
加工時に多少の不良が生じたとしても、磁気コア片が磁
気コアの一部に過ぎないため、従来の電力伝達用コイル
の磁気コアの成形加工においては磁気コア全体が不良と
なるのに対し、粉末磁性体の利用効率が向上する。ま
た、磁気コア片を任意に組み合わせることにより、大小
種々の形状の磁気コアを容易に製造可能になる。

【０００８】請求項２記載の電力伝達用コイルは、請求
項１記載の電力伝達用コイルにおいて、磁気コア片がＵ
型コアであることを特徴とする。

【０００９】この電力伝達用コイルでは、磁気コア片が
断面形状がＵ字状のＵ型コアで形成されている。このた
め、個々の磁気コア片におけるＵ字状を形成する一方の
外壁などに巻線を巻き回すことにより、磁気コア片毎に
別個独立したコイルを形成可能になる。この結果、独立
した個々のコイルを組み合わせることにより、種々の電
力伝達用コイルを製造可能になる。また、複数の磁気コ
ア片をリング状に組み合わせれば、磁気コアにＵ字状の
溝部が形成される。したがって、予めリング状に巻き回
した巻線を溝部内に収納することによって電力伝達用コ
イルを製造することも可能になる。このように、この電
力伝達用コイルでは、電力伝達装置などの仕様に合致す
るように２種類のコイルからいずれか一方または両者を
適宜選択することができる。

【００１０】請求項３記載の電力伝達用コイルは、請求
項１または２記載の電力伝達用コイルにおいて、少なく
とも１つの磁気コア片に巻線を巻き回したコイル部を複
数備えて構成されていることを特徴とする。

【００１１】磁気コアのＵ字状の溝部に巻線を収納させ
てもよいが、この電力伝達用コイルでは、磁気コア片に
巻線を巻き回したコイル部を複数備えているため、その
複数のコイル部を直列または並列に接続することによ
り、伝達する電力値に最も適した電力伝達用のコイルを
構成することができる。また、例えば、受電側の電力伝
達用コイルを、その複数のコイル部の組合せによって複
数の独立した電力伝達用のコイルとして構成すれば、個
々の電力伝達用のコイルに誘起する電圧値を互いに異な
らしめることが可能となり、入力電圧が互いに異なる複
数の電源回路に電力を供給することが可能になる。

【００１２】請求項４記載の電力伝達用コイルは、請求
項１から３のいずれかに記載の電力伝達用コイルにおい
て、回転移動体に対向配置される固定体および回転移動
体の少なくとも一方に配設可能に構成され、磁気コア片
は、平面形状が台形状に形成されていることを特徴とす
る。

【００１３】一般的に、回転移動体と固定体とにそれぞ
れに配設させたリング状の２つの電力伝達用コイルを互
いに対向させ、その両者の磁気的結合により電力伝達を
行う場合において、磁気コア片が例えば直方体形状のと
きには、回転移動体の回転時において、両電力伝達用コ
イルにおけるリング状の磁気コアの表面の一部が重なり
合わない状態が生じる。かかる状態では、両電力伝達用
コイルの磁気的結合が弱くなるため、電力伝達の効率が
低下することがある。一方、この電力伝達用コイルで
は、磁気コア片の平面形状が台形状に形成されているた
め、回転移動体の回転軸を中心として磁気コア片をリン
グ状に配列することにより、回転軸を挿通するための孔
部を中心に有し、磁気コア片間の隙間が少ないリング状
の磁気コアを構成することができる。したがって、回転
移動体の回転時においても、回転移動体および固定体に
それぞれ配設した両電力伝達用コイルの各磁気コアの表
面の殆どを重なり合わすことが可能になる。これによ
り、電力を効率よく伝達することが可能になる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明に係る電力伝達用コイルの好適な実施の形態について
説明する。

【００１５】まず最初に、電力伝達用コイルを用いた電
力伝達装置の概略構成について、図３を参照して説明す
る。

【００１６】同図に示すように、電力伝達装置１は、回
転軸２に取り付けられ回転軸２を中心にそれぞれ回転す
る回転体（本発明における移動体および回転移動体に相
当する）３，４と、回転体３，４に対向配置されている
固定体５とを備えている。固定体５には、本発明におけ
る電力伝達用コイルに相当するリング状の送電用コイル
１０が配設されており、送電用コイル１０は、これに対
向するように回転体３に配設された受電用コイル（本発
明における電力伝達用コイルに相当する）１２に対し、
磁気的結合によって電力を伝達する。また、固定体５に
は、受光素子としてのフォトトランジスタ１４，１４・
・がリング状に複数配設されており、フォトトランジス
タ１４は、これに対向するように回転体４にリング状に
配設され発光素子として機能する複数の発光ダイオード
１６，１６・・から送られてくる光信号を受信する。一
方、回転体３には、受電コイル１２が受電した電力を整
流して安定化する電源回路１８が配設されており、電源
回路１８は、図示しない電子回路に安定化した直流を供
給する。

【００１７】この電力伝達装置１は、例えば、監視用ビ
デオカメラなどの回転体に対し、電力の供給や、制御信
号およびビデオ信号の送受信などを非接触で行うことが
可能になっている。具体的には、固定体５側で送電用コ
イル１０に交流を通電すれば、送電用コイル１０に発生
した磁束が、回転体３内の受電用コイル１２の磁気コア
内を通過することにより、受電コイル１２の巻線に交流
が誘起され、これにより、回転体３，４側に対して電力
を非接触で供給することが可能になっている。また、こ
の例では、監視用ビデオカメラのビデオ信号を発光ダイ
オード１６，１６・・によって電気−光変換させること
により、フォトトランジスタ１４，１４・・が光信号を
ビデオ信号に光電変換して図外の制御装置に出力する。
これにより、回転体４と固定体５との間でビデオ信号を
非接触で送受信することが可能になっている。

【００１８】次に、送電用コイル１０および受電用コイ
ル１２の構成について、図１，２，４を参照して説明す
る。なお、送電用コイル１０および受電用コイル１２
は、巻線数などに相違があるだけで構成要素がほぼ同一
のため、主として受電用コイル１２について説明する。

【００１９】図１，２に示すように、受電用コイル１２
は、コアケース２２と、複数の磁気コア片２４，２４・
・によってリング状に構成されている磁気コア２６とを
備えている。コアケース２２は、磁気コア２６を収納す
るものであって、ステンレスで中空円筒状に形成されて
いる。具体的には、コアケース２２は、中央部が無底で
円盤状のベース３０と、互いに離間してベース３０上に
それぞれ立設されている内壁３２および外壁３４とで一
体的に構成されている。この結果、コアケース２２の中
央部には、回転軸２を挿通させるための孔部３６が内壁
３２によって形成されると共に、内壁３２および外壁３
４によってリング状の溝部３８が形成されている。

【００２０】一方、磁気コア２６は、この例では、Ｕ字
状のいわゆるＵ型コアである磁気コア片２４を３つ連結
して形成した磁気コアブロック４０を、溝部３８に沿っ
てリング状に１２個配設して構成されている。図４に示
すように、各磁気コアブロック４０の壁部４６（または
４８）には、巻線４２が巻き回されており、これによ
り、１つのコイル部４４が形成される。コイル部４４の
Ｕ溝５０は、１２個のコイル部４４，４４・・をリング
状に組み合わせることによって、磁気コア２６の中央部
にリング状のＵ溝を形成する。

【００２１】なお、受電用コイル１２として、１２個の
コイル部４４，４４・・の各巻線４２を直列接続して全
体として１つのコイルを形成してもよいし、１個のコイ
ル部４４または２個以上のコイル部４４，４４・・を直
列接続したり並列接続したりすることにより、伝達する
電力の電圧値や電流に応じた最適の組合せを選択するこ
ともできる。さらに、図５に示すように、例えば、送電
用コイル１０として、すべてのコイル部４４，４４・・
を直列接続して構成し、受電用コイル１２としては、複
数のコイル部４４，４４・・を直列接続した２つの独立
したコイル１２ａ，１２ｂで構成することもできる。か
かる場合、コイル１２ａ，１２ｂを別個独立した電源回
路１８ａ，１８ｂにそれぞれ接続することによって、１
つの受電用コイル１２で入力電圧が互いに異なる２以上
の電源回路に電力を供給することができる。

【００２２】このように、本実施形態に係る送電用コイ
ル１０および受電用コイル１２によれば、磁気コア２６
が複数の磁気コア片２４，２４・・の組合せで構成され
ているため、磁気コア片２４の形状を小型にすることが
できる。この結果、磁気コア片製造用金型の小型化およ
び低コスト化を図ることができるので、磁気コア２６の
製造コストを低減することができる。また、磁気コア片
２４を小型化した分、外的圧力が加わった際に生じる内
部の歪みを小さくすることができるため、従来の電力伝
達用コイルの磁気コア６０と比較して外的圧力に対して
強くすることができる。さらに、磁気コア片２４，２４
・・を任意に組み合わせることにより、大小種々の形状
の磁気コアを容易に製造することができる。

【００２３】なお、受電用コイル１２と送電用コイル１
０とを対向配置して回転体３を回転させた際には、図１
に示すように、受電用コイル１２側の磁気コアブロック
４０の壁部４６，４８、および破線で示す送電用コイル
１０側の磁気コアブロック４０の壁部４６，４８は、完
全に重なり合わずに互いに位置ずれする。したがって、
両コイル１０，１２の磁気コアブロック４０の壁部４
６，４８が同図の斜線で示す最も位置ずれした状態で
は、両コイル１０，１２の磁気結合が最も低下する。こ
のような最も位置ずれした状態であっても、この実施形
態に係る送電用コイル１０および受電用コイル１２で
は、必要最小限の電力が伝達できるように、磁気コアブ
ロック４０の数および配列が予め規定されている。

【００２４】一方、図６に示す形状の磁気コア片５２を
用いることにより、位置ずれに起因する磁気結合の低下
を有効に回避することができる。すなわち、同図に示す
磁気コア片５２は、平面形状が台形状に形成されてお
り、具体的には、コアケース２２の内壁３２側に位置す
る壁部５４の幅がコアケース２２の外壁３４側に位置す
る壁部５６の幅よりも短く形成され、かつ壁部５４，５
６の互いに対向する４つの側面５４ａ，５４ｂ，５６
ａ，５６ｂの横断面形状が、同心円の円弧をそれぞれ形
成するように形成されている。このため、複数の磁気コ
ア片５２，５２・・をリング状に配列した場合に、図１
における磁気コア２６よりも、各磁気コア片５２，５２
間の隙間が小さく、かつ、よりリング形に近似した磁気
コアを構成することができる。この結果、回転体３が回
転した際には、両コイル１０，１２の壁部４６，４８の
大部分を重なり合わせることができるため、磁気的結合
の低下を防止することができる。なお、本発明に係る磁
気コア片は、図６に示す形状に限定されず、磁気コア片
の一方の壁部の幅が他方の壁部の幅よりも短くなるよう
な台形の平面形状であってもよい。

【００２５】なお、本発明は、上記した実施の形態に限
定されず、その構成を適宜変更することができる。例え
ば、本実施形態では、磁気コアブロック４０に巻線４２
を直接巻き回した例について説明したが、本発明に係る
電力伝達用コイルは、これに限定されず、例えば、２つ
以下または４つ以上の磁気コア片２４に巻線４２を巻き
回してコイル部を構成させてもよいし、巻線を巻き付け
て固定するためのボビンなどに巻線４２を予め巻き付け
ておき、そのボビンを磁気コア２６の溝部５０内に収納
させて構成してもよい。さらに、巻線は、フレキシブル
基板などに印刷したプリントパターンを用いてもよい。

【００２６】また、本発明における電力伝達用コイル
は、固定体と、固定体に対して近接および離間を繰り返
す移動体との間で電力の伝達を行う場合にも適用するこ
とが可能である。

【００２７】

【発明の効果】以上のように請求項１記載の電力伝達用
コイルによれば、磁気コアを複数の磁気コア片の組合せ
で構成したので、磁気コア片の外形を小型にすることが
できる結果、磁気コア片製造用金型の小型化および低コ
スト化を図ることができる。また、小型化した分、外的
圧力が加わった際に生じる内部の歪みを小さくすること
ができるため、従来の電力伝達用コイルの磁気コア６０
と比較して外的圧力に対して強化することができる。さ
らに、小型化した分、成形加工の際のプレスを均一にす
ることができるため、成形加工時における歩留まりを向
上させることができる。しかも、成形加工時に多少の不
良が生じたとしても、磁気コア片が磁気コアの一部に過
ぎないため、粉末磁性体の利用効率を向上させることが
できる。また、磁気コア片を任意に組み合わせることに
より、大小種々の形状の磁気コアを容易に製造すること
ができる。

【００２８】また、請求項２記載の電力伝達用コイルに
よれば、磁気コア片をＵ型コアで形成したため、磁気コ
ア片毎に別個独立したコイルを構成することもできる。
さらに、複数の磁気コア片をリング状に組み合わすこと
により、磁気コアのＵ字状の溝部内に巻線を収納させる
こともできる。このように、この電力伝達用コイルによ
れば、電力伝達装置の仕様に合致するように２種類のコ
イルからいずれか一方または両者を適宜選択することが
できる。

【００２９】さらに、請求項３記載の電力伝達用コイル
によれば、磁気コア片に巻線を巻き回したコイル部を複
数備えているため、複数のコイル部を直列または並列に
接続することにより、伝達する電力値に最も適した電力
伝達用のコイルを構成することができる。また、例え
ば、受電側の電力伝達用コイルを、その複数のコイル部
の組合せによって複数の別個独立した電力伝達用のコイ
ルとして構成することにより、個々の電力伝達用のコイ
ルに誘起する電力値を互いに異ならしめることができ、
これにより、入力電圧が互いに異なる複数の電源回路に
電力を供給することができる。

【００３０】請求項４記載の電力伝達用コイルによれ
ば、磁気コア片の平面形状を台形状に形成したので、回
転移動体の回転軸を中心として磁気コア片をリング状に
配列することにより、磁気コア片間の隙間が少ないリン
グ状の磁気コアを構成することができ、これにより、回
転移動体の回転時においても、回転移動体および固定体
にそれぞれ配設した両電力伝達用コイルの各磁気コアの
表面の殆どを重なり合わすことができるため、電力を効
率よく伝達することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る受電用コイルおよび
送電用コイルから巻線を取り除いた状態の平面図であ
る。

【図２】本発明の実施の形態に係る受電用コイルおよび
送電用コイルの一部を透視した側面図である。

【図３】本発明の実施の形態に係る電力伝達用コイルを
用いた電力伝達装置の構成図である。

【図４】本発明の実施の形態に係るコイル部の外観斜視
図である。

【図５】送電用コイルおよび受電用コイルの使用例を示
す回路図である。

【図６】他の形状の磁気コア片を示す外観斜視図であ
る。

【図７】従来の磁気コアの外観斜視図である。

【符号の説明】

３ 回転体 ４ 回転体 ５ 固定体 １０ 送電用コイル １２ 受電用コイル ２４ 磁気コア片 ２６ 磁気コア ４２ 巻線 ４４ コイル部 ５２ 磁気コイル片

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 巻線を磁気コアに巻き回して構成され、
   固定体および移動体の間における電力伝達を他の電力伝
   達用コイルとの磁気的結合により非接触で行うために当
   該固定体および当該移動体の少なくとも一方に配設可能
   に構成されている電力伝達用コイルにおいて、 前記磁気コアは、複数の独立した磁気コア片を組み合わ
   せて構成されていることを特徴とする電力伝達用コイ
   ル。
2. 【請求項２】 前記磁気コア片はＵ型コアであることを
   特徴とする請求項１記載の電力伝達用コイル。
3. 【請求項３】 少なくとも１つの前記磁気コア片に巻線
   を巻き回したコイル部を複数備えて構成されていること
   を特徴とする請求項１または２記載の電力伝達用コイ
   ル。
4. 【請求項４】 回転移動体に対向配置される固定体およ
   び当該回転移動体の少なくとも一方に配設可能に構成さ
   れ、前記磁気コア片は、平面形状が台形状に形成されて
   いることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載
   の電力伝達用コイル。