KR101789002B1 - 비접촉 급전용 코일 - Google Patents

Abstract

코일 보빈(57) 내에 수용하는 자성체 코어(47)를, 코일축 방향 X와 교차하는 코일축 교차 방향 Y를 따라 복수로 분할하고, 복수의 분할 자성체 코어(47a) 상호간에, 코일축 방향 X를 따라 연장되는 간극 C를 형성한다. 간극 C에는, 코어 베이스(51)로부터 상방으로 돌출되는 돌기(51a)를 삽입 배치하여 강성을 확보한다. 간극 C를 형성함으로써, 자성체 코어(47) 전체의 중량을 억제하면서, 코일의 코일축 교차 방향 Y의 폭을 넓게 확보한다. 코일 폭을 넓게 확보함으로써, 송전측 코일(11)과 수전측 코일(13)의 위치 정렬이 용이하게 된다.

Description

비접촉 급전용 코일{WIRELESS POWER SUPPLY COIL}

본 발명은, 비접촉으로 전력의 수수를 행하는 비접촉 급전용 코일에 관한 것이다.

하기 특허문헌 1에는, 지상에 배치한 송전측 코일로부터 자동차의 차체 하면에 탑재된 수전측 코일에, 전자기 유도 작용에 의해 전력 공급하도록 한 기술이 개시되어 있다. 그 때, 송전측 코일이나 수전측 코일은, 평판 형상의 자성체에 코일을 감은 솔레노이드형이라 불리는 코일을 사용하고 있다.

일본 특허 공개 제2013-172500호 공보

그런데, 차량 탑재된 수전측 코일에 효율적으로 급전을 행하기 위해서는, 수전측 코일을 지상측의 송전측 코일에 대하여 위치 정렬할 필요가 발생한다. 이 위치 정렬을 용이하게 하기 위해, 차폭 방향의 송수전 각 코일 상호간의 어긋남량의 허용량을 증가시키는 데는, 자속이 발생하는 코일(자성체)의 폭을 확장하면 되지만, 그 경우에는 자성체가 커짐에 따라 중량 증가를 초래한다.

따라서, 본 발명은, 코일의 중량 증가를 억제하면서 수전측 코일과 송전측 코일의 위치 정렬을 용이하게 하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명은, 환상의 도전선 내에 배치되는 자성체가, 자성체에 도전선을 감은 코일의 코일축 방향과 교차하는 코일축 교차 방향을 따라서 복수로 분할되고, 이 분할되는 복수의 분할 자성체 상호간에, 코일축 방향을 따라서 연장되는 간극을 구비하는 비접촉 급전용 코일로 하고 있다.

본 발명은, 자성체를 코일축 교차 방향을 따라서 복수로 분할된 분할 자성체 상호간에, 코일축 방향을 따라서 연장되는 간극을 형성함으로써, 자성체 전체의 중량을 억제하면서, 코일축 교차 방향의 코일 폭을 넓게 확보하고 있다. 코일 폭을 넓게 확보함으로써, 수전측 코일과 송전측 코일의 위치 정렬이 용이하게 되고, 또한 분할 자성체 상호간에 간극을 갖는 만큼 중량 증가를 억제할 수 있다.

비접촉 급전에서는, 1차측 코일과 2차측 코일 사이에서 형성되는 총 자속량은, 양쪽 코일 상호간의 에어 갭이 자기 저항으로서 작용하기 때문에, 트랜스에 비교하여 적다. 한편, 자성체 내를 흐르는 자속은, 코일축 방향을 향하게 되지만, 총 자속량이 원래 적은 비접촉 급전에서는, 코일축 방향을 따라서 연장되는 간극을 형성하여 자로를 다소 감소시켰다고 하더라도, 성능(자기 인덕턴스와 결합 계수)에는 큰 영향은 없다. 반대로, 자성체를 코일축 방향을 따라서 복수로 분할하고, 간극을 코일축 교차 방향을 따라서 연장하도록 했을 경우에는, 자속이 흐르는 방향(자로)에 간극이 존재하게 되고, 이 간극이 에어 갭이 되어 자기 저항이 증대되어, 큰 손실을 초래하게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 비접촉 급전용 코일을 구비하는 비접촉 급전 장치의 전체 구성도이다.
도 2는 도 1의 비접촉 급전용 코일의 간략화된 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태 (a)와 비교예 (b)를, 분할 자성체 코어를 2개로 간략화하여 도시하는 평면도이다.
도 4는 도 3의 실시 형태 (a) 및 비교예 (b)에 있어서의 간극의 폭 치수와 코일의 자기 인덕턴스와의 상관도이다.
도 5는 본 실시 형태에 있어서의 간극의 수와 코일의 자기 인덕턴스 및 결합 계수와의 상관도이다.
도 6의 (a)는, 분할 자성체 코어의 코일축 교차 방향의 폭이 동일하고, 간극의 폭 치수도 동일하게 한 자성체 코어의 사시도, 도 6의 (b)는, 분할 자성체 코어의 코일축 교차 방향의 폭이 동일하고, 간극의 폭 치수가 상이한 자성체 코어의 사시도이다.
도 7의 (a)는, 분할 자성체 코어의 코일축 교차 방향의 폭이 상이하고, 간극의 폭 치수를 동일하게 한 자성체 코어의 사시도, 도 7의 (b)는, 분할 자성체 코어의 코일축 교차 방향의 폭이 상이하고, 간극의 폭 치수도 상이한 자성체 코어의 사시도이다.
도 8의 (a)는, 도 6의 (a)에 대응하는 복수의 분할 자성체 코어와, 각 분할 자성체 코어에 흐르는 평균 자속 밀도와의 상관도, 도 8의 (b)는, 도 6의 (b)에 대응하는 복수의 분할 자성체 코어와, 각 분할 자성체 코어에 흐르는 평균 자속 밀도와의 상관도이다.
도 9의 (a)는, 도 7의 (a)에 대응하는 복수의 분할 자성체 코어와, 각 분할 자성체 코어에 흐르는 평균 자속 밀도와의 상관도, 도 9의 (b)는, 도 7의 (b)에 대응하는 복수의 분할 자성체 코어와, 각 분할 자성체 코어에 흐르는 평균 자속 밀도와의 상관도이다.
도 10의 (a)는, 도 6의 (a)에 대응하는 복수의 분할 자성체 코어와, 각 분할 자성체 코어의 발열 밀도와의 상관도, 도 10의 (b)는, 도 6의 (b)에 대응하는 복수의 분할 자성체 코어와, 각 분할 자성체 코어의 발열 밀도와의 상관도이다.
도 11의 (a)는, 도 7의 (a)에 대응하는 복수의 분할 자성체 코어와, 각 분할 자성체 코어의 발열 밀도와의 상관도, 도 11의 (b)는, 도 7의 (b)에 대응하는 복수의 분할 자성체 코어와, 각 분할 자성체 코어의 발열 밀도와의 상관도이다.
도 12는, 도 6의 (a), (b), 도 7의 (a), (b) 및, 분할 자성체 코어의 두께가 상이한 경우에 대응하는 자성체 코어의 단면도이다.
도 13은 송전측 코일 유닛의 사시도이다.
도 14는 도 13의 송전측 코일 유닛의 내부 구조를 도시하는 사시 단면도이다.
도 15는 도 14의 송전측 코일 유닛의 분해 사시도이다.
도 16은 도 15의 자성체 코어와 코어 베이스를 더 분해한 분해 사시도이다.
도 17은 도 14의 수지 커버를 생략한 상태에서의 송전측 코일 유닛의 사시도이다.
도 18은 도 14의 주요부를 확대한 사시도이다.
도 19는 도 18에 대응하는 단면도이다.
도 20의 (a)는, 도 16에 도시한 코어 베이스의 사시도, 도 20의 (b)는, 도 20의 (a)의 코어 베이스에 분할 자성체 코어를 배치한 사시도이다.
도 21의 (a)는, 분할 자성체 코어 상호간의 간극을 동일하게 했을 경우의 코어 베이스의 사시도, 도 21의 (b)는, 도 21의 (a)의 코어 베이스에 분할 자성체 코어를 배치한 사시도이다.
도 22는 차량의 저면에 수전측 코일 유닛을 설치한 상태를 도시하는 사시도이다.
도 23은 도 22의 수전측 코일 유닛의 분해 사시도이다.
도 24는 도 22의 수전측 코일 유닛에 사용하는 코일 보빈의 일부를 도시하는 사시도이다.
도 25는 도 22의 수전측 코일 유닛에 사용하는 코일 보빈의 일부를, 도 24와 반대측에서 본 사시도이다.
도 26은 도 24의 코일 보빈에 있어서의 상측 보빈과 하측 보빈과의 체결 구조를 도시하는 단면도이다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1에 도시하는 본 실시 형태의 비접촉 급전용 코일을 구비하는 비접촉 급전 장치는, 지상측 유닛인 송전 장치(1)와, 차량측 유닛인 수전 장치(3)를 구비하고 있다. 이 비접촉 급전 장치는, 도시하지 않은 송전 스탠드 등에 배치되는 송전 장치(1)로부터 전기 자동차나 하이브리드 차로 대표되는 차량(5)에 탑재되는 수전 장치(3)에 비접촉으로 전력을 공급하고, 차량 탑재된 배터리(7)를 충전한다. 송전 장치(1)는 비접촉 송전 장치를 구성하고, 수전 장치(3)는 비접촉 수전 장치를 구성한다. 또한, 도 1 중의 Wf는 전륜, Wr은 후륜이며, 화살표 FR로 표시하는 방향이 차량 전방측이다.

송전 장치(1)는, 지상에 있어서의 송전 스탠드 근방의 주차 스페이스(9)에 배치한 송전부가 되는 송전측 코일(11)을 구비한다. 한편, 수전 장치(3)는, 차량(5)을 주차 스페이스(9)의 규정된 위치에 세웠을 때, 송전측 코일(11)에 대향하도록 차량(5)의 저면(5a)에 설치한 수전부가 되는 수전측 코일(13)을 구비한다. 송전측 코일(11) 및 수전측 코일(13)은, 모두 도전선을 포함하는 코일을 주체로 하고 있다. 송전측 코일(11)과 수전측 코일(13)의 사이에 있어서의 전자기 유도 작용에 의해, 송전측 코일(11)로부터 수전측 코일(13)로 비접촉으로 전력을 공급 가능하게 된다.

지상측의 송전 장치(1)는, 전력 제어부(15)와, 상기한 송전측 코일(11)과, 무선 통신부(17)와, 제어부(19)를 구비하고 있다. 전력 제어부(15)는, 교류 전원(21)으로부터 송전되는 교류 전력을, 고주파의 교류 전력으로 변환하여, 송전측 코일(11)에 송전하기 위한 회로이며, 정류부(23)와, PFC 회로(25)와, 인버터(27)와, 센서(29)를 구비한다.

정류부(23)는, 교류 전원(21)에 전기적으로 접속되고, 교류 전원(21)으로부터의 출력 교류 전력을 정류하는 회로이다. PFC 회로(25)는, 정류부(23)로부터의 출력 파형을 정형함으로써 역률을 개선하기 위한 회로(Power Factor Correction)이며, 정류부(23)와 인버터(27)의 사이에 접속되어 있다. 무선 통신부(17)는, 차량(5)측에 설치된 무선 통신부(31)와 쌍방향으로 통신을 행한다.

제어부(19)는, 송전 장치(1)의 전체를 제어하는 부분이며, 무선 통신부(17, 31) 사이의 통신에 의해 송전 장치(1)로부터의 전력 공급을 개시하는 취지의 신호를 차량(5)측에 송신하거나, 차량(5)측으로부터 송전 장치(1)로부터의 전력을 수급하고자 하는 취지의 신호를 수신하거나 한다. 제어부(19)는, 이 밖에, 센서(29)의 검출 전류에 기초하여 인버터(27)의 스위칭 제어를 행하고, 송전측 코일(11)로부터 송전되는 전력을 제어한다. 또한, 송전중에 이물 센서(33)로부터의 검출 신호에 기초하여, 송전 정지를 행하고, 또는 무선 통신부(17, 31)를 통하여 차량(5)측에 경고 신호를 송신한다.

이물 센서(33)로서, 예를 들어 금속 검지 코일이 사용된다. 이물 센서(33)는, 송전중에 송전측 코일(11)과 수전측 코일(13)의 사이에 형성되는 자장에 금속 이물이 침입, 또는 개재되었을 경우에, 이물을 검지한다. 그 때, 이물 센서(33)의 검출 전기 신호에 의해, 제어부(19)가 즉시 경고 또는 송전 정지를 촉진시키고, 금속 이물의 자장 개재에 기인하는 송전 불량 등의 문제의 발생을 미연에 억제한다.

차량(5)측의 수전 장치(3)는, 상술한 배터리(7), 수전측 코일(13) 및 무선 통신부(31)와, 충전 제어부(35)와, 정류부(37)와, 릴레이부(39)와, 인버터(41)와, 모터(43)와, 통지부(45)를 구비하고 있다. 수전측 코일(13)은, 차량(5)이 주차 스페이스(9)의 규정된 정지 위치에 주차하면, 송전측 코일(11)의 바로 위에 정면에 대향하여, 당해 송전측 코일(11)과 거리를 유지하여 위치 부여된다.

정류부(37)는, 수전측 코일(13)에 접속되고, 수전측 코일(13)로 수전된 교류 전력을 직류로 정류하는 정류 회로에 의해 구성되어 있다. 릴레이부(39)는, 충전 제어부(35)의 제어에 의해 온 및 오프가 전환되는 릴레이 스위치를 구비하고 있다. 또한, 릴레이부(39)는, 릴레이 스위치를 오프로 함으로써 배터리(7)를 포함하는 주회로계와, 충전의 회로부가 되는 수전측 코일(13) 및 정류부(37)를 분리한다.

배터리(7)는, 복수의 이차 전지를 접속함으로써 구성되고, 차량(5)의 전력원이 된다. 인버터(41)는, IGBT 등의 스위칭 소자를 갖는 PWM 제어 회로 등의 제어 회로이며, 스위칭 제어 신호에 기초하여, 배터리(7)로부터 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여, 모터(43)에 공급한다. 모터(43)는, 예를 들어 삼상의 교류 전동기에 의해 구성되고, 차량(5)을 구동시키기 위한 구동원이 된다. 통지부(45)는, 경고 램프, 내비게이션 시스템의 디스플레이 또는 스피커 등에 의해 구성되며, 충전 제어부(35)에 의한 제어에 기초하여, 유저에 대하여 광, 화상 또는 음성 등을 출력한다.

충전 제어부(35)는, 배터리(7)의 충전을 제어하기 위한 컨트롤러이며, 무선 통신부(31), 통지부(45), 릴레이부(39) 등을 제어한다. 충전 제어부(35)는, 충전을 개시하는 취지의 신호를, 무선 통신부(31, 17)의 통신에 의해 제어부(19)에 송신한다. 또한, 충전 제어부(35)는, 차량(5)의 전체를 제어하는 도시하지 않은 컨트롤러와 CAN 통신망으로 접속되어 있다. 이 컨트롤러는, 인버터(41)의 스위칭 제어나, 배터리(7)의 충전 상태(SOC)를 관리한다. 그리고, 충전 제어부(35)는, 이 컨트롤러에 의해, 배터리(7)의 충전 상태에 기초하여 만충전에 도달한 경우에, 충전을 종료하는 취지의 신호를 제어부(19)에 송신한다.

본 실시 형태의 비접촉 급전 장치에서는, 송전측 코일(11)과 수전측 코일(13) 사이에서, 전자기 유도 작용에 의해 비접촉 상태에서 고주파 전력의 송전 및 수전을 행한다. 환언하면, 송전측 코일(11)에 전압이 가해지면, 송전측 코일(11)과 수전측 코일(13)의 사이에는 자기적인 결합이 발생하고, 송전측 코일(11)로부터 수전측 코일(13)로 전력이 공급된다.

송전측 코일(11) 및 수전측 코일(13)은, 모두 솔레노이드형 코일이며, 도 2의 간소화된 평면도로 도시하는 바와 같이, 자성체로서의 자성체 코어(47)와, 자성체 코어(47)에 대하여 환상으로 감기는 도전선으로서의 코일선(49)을 구비하고 있다. 즉, 송전측 코일(11) 및 수전측 코일(13)은, 환상으로 감기는 코일선(49)과, 환상의 코일선(49) 내에 배치되는 자성체 코어(47)를 구비하고 있다. 자성체 코어(47)는, 예를 들어 페라이트로 구성된다.

이하, 본 실시 형태에서는, 송전측 코일(11) 및 수전측 코일(13)을 비접촉 급전용 코일(10)로서 설명한다. 여기서, 도 2에 도시하는 비접촉 급전용 코일(10)은, 환상으로 감긴 코일선(49)의 환상 부분의 중심 축선에 대응하는 코일축 P가, 도 1에 있어서의 차량 전후 방향이 되도록 배치된다. 즉, 도 2에 있어서, 코일축 P의 연장 방향이 차량 전후 방향에 대응하고 있고, 도 2 중에서 지면에 직교하는 방향이 차량 상하 방향에 대응한다.

이러한 비접촉 급전용 코일(10)은, 자성체 코어(47)가 도 2 중에서 상하 방향에 대응하는 차폭 방향을 따라 복수(도 2에서는 7개)로 분할되어, 복수의 분할 자성체 코어(47a)로 구성되어 있다. 즉, 본 실시 형태에서는, 자성체 코어(47)는, 당해 자성체 코어(47)에 코일선(49)을 감은 코일의 코일축 방향 X와 교차하는 코일축 교차 방향 Y를 따라 복수로 분할되어 있다. 코일축 방향 X와 코일축 교차 방향 Y가 교차한다는 것은, 코일축 방향 X와 코일축 교차 방향 Y가 서로 직교하는 경우를 포함한다.

그리고, 복수의 분할 자성체 코어(47a) 상호간에는, 코일축 방향 X를 따라 연속하여 연장되는 간극 C가, 자기적 간극으로서 형성되어 있다. 여기에서의 복수의 분할 자성체 코어(47a)는, 형상이 서로 동일하고, 코일축 방향 X에 대하여 평행하게 연장되는 편평의 판상 부재로 구성된다. 또한, 복수의 간극 C에 대해서도, 코일축 교차 방향 Y의 폭이 동일하며 형상이 서로 동일하고, 코일축 방향 X에 대하여 평행하게 직선 형상으로 형성되어 있다.

비접촉 급전용 코일(10)은, 자성체 코어(47)의 코일축 교차 방향 Y의 폭 W에 관하여, 간극을 형성하지 않고 하나의 자성체 코어로 했을 경우(복수의 분할체 자성체로 하지 않음)에 대하여, 폭 W를 동등한 것으로 하면, 간극 C를 형성한 만큼 경량화할 수 있다. 다르게 표현하자면, 도 1에 있어서의 송전측 코일(11)과 수전측 코일(13)의 위치 정렬을 용이하게 하기 위해, 차폭 방향의 송수전 각 코일(11, 13) 상호간의 어긋남량의 허용량을 증가시키기 때문에, 폭 W를 크게 해도, 간극 C를 형성함으로써 경량화를 달성할 수 있다.

비접촉 급전에서는, 1차측 코일과 2차측 코일 사이에서 형성되는 총 자속량은, 양쪽 코일 상호간의 에어 갭이 자기 저항으로서 작용하기 때문에, 트랜스에 비교하여 적다. 한편, 자성체 내를 흐르는 자속은, 코일축 방향 X를 향하게 되지만, 총 자속량이 원래 적은 비접촉 급전에서는, 도 2와 같이 코일축 방향 X를 따라 연장되는 간극 C를 형성하여 자로를 다소 감소시켰다고 해도, 성능(자기 인덕턴스 L과 결합 계수 k)에는 큰 영향은 없다.

비교예로서, 본 실시 형태와는 반대로, 자성체를 코일축 방향 X를 따라 복수로 분할하고, 간극을 코일축 교차 방향 Y를 따라 연장하도록 했을 경우에는, 자속이 집중되어 흐르는 방향(자로)에 간극이 존재하게 된다. 이 경우에는, 간극이 에어 갭이 되어 자기 저항이 증대되고, 자속이 흐르기 어려워져서 코일로서 큰 손실을 초래한다. 또한, 에어 갭은, 비투자율이 페라이트의 2000분의 1 이하 정도이고, 에어 갭의 자기 저항은 페라이트에 비교하여 매우 크다. 또한, 자성체의 형상으로서, 상기 비교예와 같이, 본 실시 형태에 대하여 자속이 흐르는 방향의 길이가 짧으면, 자성체 내에서 발생하는 반자계도 증대된다. 반자계는, 자속이 흐르는 방향에 대하여 자성체가 짧아질수록 증대되어 자기 저항을 높이는 요인이 된다.

따라서, 본 실시 형태와 같이, 자성체 코어(47)가, 코일축 교차 방향 Y를 따라 복수로 분할되고, 이 분할되는 복수의 분할 자성체 코어(47a) 상호간에, 코일축 방향 X를 따라 연장되는 간극 C를 구비하는 것이 유효하다. 즉, 자성체 코어(47)에 코일축 방향 X를 따라 연장되는 간극 C를 형성함으로써, 자기 인덕턴스 L, 결합 계수 k를 확보하면서, 경량화 및, 자성체 코어(47)의 외경 치수를 확보하여 송전측 코일(11)과 수전측 코일(13)의 위치 정렬의 용이성을 달성할 수 있다.

도 3은, 본 실시 형태 (a)와 비교예 (b)를, 분할 자성체 코어(47a)를 2개로 하여 간략화해서 도시하고 있다. 이들 본 실시 형태 (a) 및 비교예 (b)에 있어서의 간극 C의 폭 치수 CW와 코일의 자기 인덕턴스 L과의 관계를 도 4에 도시하고 있다. 본 실시 형태 (a)는 코일축 방향 X를 따라 간극 C가 형성되고, 비교예 (b)는 코일축 교차 방향 Y를 따라 간극 C가 형성되어 있다.

도 4에 의하면, 비교예 (b)에서는, 간극 C의 폭 치수 CW가 커짐에 따라서 자기 인덕턴스 L이 감소하고 있다. 그러나, 본 실시 형태 (a)에서는, 간극 C의 폭 치수 CW가 커져도, 자기 인덕턴스 L은 크게 감소하는 일은 없고 거의 일정하게 유지되고 있다.

도 5는 본 실시 형태에 있어서의 간극 C의 수와, 자기 인덕턴스 L 및 결합 계수 k와의 관계를 도시하고 있다. 도 5에서는, 간극 C의 수가 0개(간극 없음)부터 20개까지 나타나 있지만, 자기 인덕턴스 L 및 결합 계수 k 모두, 간극 C의 수가 증가해도, 또한, 간극이 없는 경우에 비교해도, 크게 감소하는 일 없이 거의 일정하게 유지되고 있다. 따라서, 도 2와 같이, 예를 들어 분할 자성체 코어(47a)를 7개로 하여 간극 C를 6개 형성해도, 자기 인덕턴스 L 및 결합 계수 k에 큰 영향은 없어, 코일의 성능을 유지할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 간극 C를 코일축 방향 X와 평행한 직선 형상으로 하고 있다. 이로 인해, 예를 들어 간극 C를 코일축 방향 X에 따르는 곡선으로 했을 경우에 비교하여, 자속이 흐르는 방향에 대하여 에어 갭이 존재하기 어려워져, 자기 저항이 보다 저감된다. 또한, 간극 C를 코일축 방향 X와 평행하게 함으로써, 분할 자성체 코어(47a)의 형상도 직선 형상이 되고, 세라믹스 등으로 형성되는 분할 자성체 코어(47a)의 제조 시에서의 성형성이 높아져, 제품의 수율 향상도 달성할 수 있다.

도 6, 도 7은, 복수의 분할 자성체 코어(47a)를 7개로 했을 경우에서의 각종 예를 도시하고 있다. 도 6의 (a)는, 도 2에 대응하는 예이며, 분할 자성체 코어(47a)가, 코일축 교차 방향 Y의 폭이 동일하고, 간극 C의 폭 치수 CW도 동일하다. 이 경우에는, 복수의 분할 자성체 코어(47a)는, 코일축 방향 X 및 코일축 교차 방향 Y에 각각 직교하는 방향의 두께도 동일하며 형상이 서로 동일하다. 동일 형상의 분할 자성체 코어(47a)를 복수 제작함으로써, 제조 비용을 저감할 수 있다.

도 6의 (a)의 예에 있어서, 자속 밀도(평균 자속 밀도) B는, 도 8의 (a)에 도시하는 바와 같이, 단효과의 영향에 의해 코일축 교차 방향 Y의 중앙보다도 외측일수록 높다. 특히, 가장 외측에 위치하는 1번과 7번의 분할 자성체 코어(47a)의 자속 밀도 B가 돌출되어 높다. 자속 밀도 B가 높으면, 도 10의 (a)에 도시하는 바와 같이, 발열 밀도도 높아져서 코일의 손실도 커진다. 이러한 자속 밀도 분포를 보다 균일화하기 위해 대응한 것이 도 6의 (b), 도 7의 (a), (b)의 예이다. 도 6의 (b), 도 7의 (a), (b)의 예는, 코일축 교차 방향 Y의 외측에 있어서의 자로를 증가시킴으로써 자속 밀도 B를 전체적으로 균일화하려고 하는 것이다.

도 6의 (b)는, 복수의 분할 자성체 코어(47a)의 코일축 교차 방향 Y의 폭이 동일하지만(두께도 동일), 간극 C의 폭 치수 CW(이하, 간단히 「간극 C의 크기」라고 부르는 경우도 있음)를 코일축 교차 방향 Y의 중앙보다도 외측일수록 작게 한 예이다. 즉, 중앙에 위치하는 4번의 분할 자성체 코어(47a)의 양측 한 쌍(2개)의 간극 C가 가장 크고, 그것보다 외측일수록 간극 C가 작게 되어 있다. 또한, 중앙 4번의 분할 자성체 코어(47a)의 양측 한 쌍(2개)의 간극 C를 가장 크게 하고, 이 2개의 간극 C보다도 작은 그 외측의 4개의 간극 C를 서로 동일한 크기로 해도 된다.

도 7의 (a)는, 도 6의 (b)와는 반대로, 복수의 간극 C의 폭 치수 CW는 동일하지만, 복수의 분할 자성체 코어(47a)의 코일축 교차 방향 Y의 폭을 코일축 교차 방향 Y의 중앙보다도 외측에서 크게 한 예이다. 이 예는, 코일축 교차 방향 Y의 가장 외측에 위치하는 한 쌍(2개)의 1번, 7번의 분할 자성체 코어(47a)의 코일축 교차 방향 Y의 폭을, 다른 5개의 분할 자성체 코어(47a)의 동 폭보다 크게 하고 있다. 다른 5개의 분할 자성체 코어(47a) 코일축 교차 방향 Y의 폭은 서로 동일하다.

도 7의 (b)는, 도 6의 (b)와 도 7의 (a)를 조합한 예이다. 즉, 복수의 간극 C의 크기를 코일축 교차 방향 Y의 중앙보다도 외측일수록 작게 하고, 또한, 복수의 분할 자성체 코어(47a)의 코일축 교차 방향 Y의 폭을 코일축 교차 방향 Y의 중앙보다도 외측에서 크게 하고 있다. 구체적으로는, 도 6의 (b)와 마찬가지로, 중앙에 위치하는 4번 분할 자성체 코어(47a)의 양측 한 쌍(2개)의 간극 C가 가장 크고, 그것보다 외측일수록 간극 C가 작게 되어 있다. 또한, 도 7의 (a)와 마찬가지로, 코일축 교차 방향 Y의 가장 외측에 위치하는 한 쌍(2개)의 1번, 7번의 분할 자성체 코어(47a)의 코일축 교차 방향 Y의 폭을, 다른 5개의 분할 자성체 코어(47a)의 동 폭보다 크게 하고 있다.

도 6의 (b), 도 7의 (a), (b)의 예와 같이 하여, 코일축 교차 방향 Y의 외측에서의 자로를 증대시킴으로써, 자속 밀도 B에 대해서는 도 8의 (b), 도 9의 (a), (b)에 각각 도시하는 바와 같이 된다. 즉, 자속 밀도 B에 관하여, 도 6의 (b), 도 7의 (a), (b)의 예에서는, 도 8의 (a)에 비교하여 특히 가장 외측의 1번, 7번의 분할 자성체 코어(47a)에서 감소하는 한편, 중앙측의 3 내지 5번의 분할 자성체 코어(47a)에서 증대하여, 전체적으로 보다 균일화되어 있다.

이러한 자속 밀도 B의 변화에 대응하여, 발열 밀도에 대해서도, 도 10의 (b), 도 11의 (a), (b)에 각각 도시하는 바와 같이, 도 10의 (a)에 비교하여 보다 평균화된다.

상기한 바와 같이, 자속 밀도 B는 코일축 교차 방향 Y의 외측 부분이 중앙 부분에 비교하여 높아진다. 이로 인해, 자속 밀도 B의 높은 외측 부분의 분할 자성체 코어(47a)에 관하여, 중앙 부분에 비교하여 간극 C를 작게 하거나, 폭을 크게 함으로써, 자로가 증대되고, 자기 인덕턴스 L 및 결합 계수 k를 보다 높게 유지할 수 있다.

또한, 자속 밀도 B의 높은 외측 부분의 분할 자성체 코어(47a)에 관하여, 중앙 부분에 비교하여 폭을 크게 하는 대신 두께를 두껍게 해도 된다. 즉, 복수의 분할 자성체 코어(47a)는, 코일축 교차 방향 Y의 중앙보다도 외측이 코일축 방향 X 및 코일축 교차 방향 Y에 각각 직교하는 방향의 두께가 두꺼운 것으로 해도 된다.

분할 자성체 코어(47a)의 폭을 크게 하거나, 두께를 두껍게 하는 것은, 분할 자성체 코어(47a)의 코일축 방향 X의 투영 면적, 즉 자속이 통하는 면적이 큰 것을 의미한다. 환언하면, 코일축 교차 방향 Y 및 상하 방향(X 및 Y에 각각 직교하는 방향)을 포함하는 평면으로 자른 단면적이 크게 된다. 도 12는, 도 6의 (a), (b), 도 7의 (a), (b) 및, 두께를 두껍게 했을 경우에 대응하는 각각의 상기 투영 면적을 도시하는 단면도이다. 단, 분할 자성체 코어(47a)의 수를 5개로 하고 있다.

도 6의 (a), (b), 도 7의 (a), (b) 및, 두께를 두껍게 했을 경우의 각각의 분할 자성체 코어(47a)의 총단면적 S는 동등하다. 이러한 총단면적 S는, 다음 식에 의해 결정한다. 단, L: 인덕턴스 값, I: 전류값, N: 감은 수, B: 자속 밀도이다. 여기서, L, I, N은, 코일 설계에 의해 결정되므로 일정하고, 자속 밀도 B는, 170mT 이하로 한다.

S=L×I/(N×B)

간극 C의 수[분할 자성체 코어(47a)의 수]와, 총 자속 φ(=B×S)와의 관계는, 간극 C의 수를 증가시키고(간극 C의 폭 치수 CW는 일정), 총단면적 S를 저감시키면, 각 분할 자성체 코어(47a)의 자속 밀도가 높아져 손실이 증대된다. 이로 인해, 총 간극을 일정 이하(총단면적 S를 일정 이상)로 함으로써, 총 자속 φ를 확보할 수 있다. 총단면적 S를 일정 이상으로 하는 것은, 체적을 일정 이상으로 하는 것도 포함된다. 즉, 복수의 분할 자성체 코어(47a)는, 코일축 교차 방향 Y의 중앙보다도 외측이 체적이 큰 것으로 해도 된다.

또한, 상기한 실시 형태에서는, 간극 C가 코일축 방향 X와 평행한 직선 형상으로 하고 있지만, 평행하지 않고, 코일축 방향 X에 대하여 다소 경사지는 직선 형상으로 해도 된다. 또한, 간극 C는, 직선 형상이 아니라, 코일축 방향 X를 따라 곡선 형상이나 파형 형상, 또는 지그재그 형상이어도 된다.

또한, 상기한 실시 형태에서는, 각 분할 자성체 코어(47a)가, 도 2, 도 6에 도시하는 바와 같이 코일축 방향 X를 따라 긴 형상으로 되어 있다. 그러나, 이 긴 형상인 것을 코일축 방향 X를 따라 복수로 분할하고, 차량 상하 방향에서 본 평면에서 볼 때 정사각형 또는 직사각 형상이 되는 블록 형상으로 형성해도 된다. 이 경우에는, 각 단위 블록을 코일축 방향 X를 따라 나란히 배치하고, 인접하는 것끼리 서로 밀착시켜서, 간극이 발생하지 않도록 한다. 또한, 단위 블록끼리의 사이에, 진동이나 열수축 등을 고려하여 작은 간극을 형성하는 경우도 있지만, 단위 블록끼리 충분히 근접 배치함으로써, 자기 저항의 증가를 억제하므로, 상기 작은 간극은 자기 저항이 큰 「자기적 간극」은 되지 않는다.

분할 자성체 코어(47a)를 블록 형상으로 함으로써, 동일 형상의 단위 블록을 비접촉 급전용 코일의 크기나 형상에 따라서 배치할 수 있으므로, 긴 것에 비교하여 범용성이 높고 저렴한 자성체 코어를 사용할 수 있고, 부품 비용을 억제할 수 있다.

상술한 바와 같이, 비접촉 급전용 코일(10)은, 자성체 코어(47)가, 자성체 코어(47)에 코일선(49)을 감은 코일의 코일축 방향 X와 교차하는 코일축 교차 방향 Y를 따라 복수로 분할되어 있다. 그리고, 복수의 분할 자성체 코어(47a) 상호간에는, 코일축 방향 X를 따라 연장되는 간극 C가, 자기적 간극으로서 형성되어 있다.

상기 간극 C를 자성체 코어(47)에 형성하고 있으면, 간극 C가 없는 경우에 비교하여, 자성체 코어(47)를 코일 케이스에 수용하거나 하여 코일 유닛으로서 도 1과 같이 지상에 배치하거나, 차량에 탑재했을 경우에, 강도나 강성을 보다 고려할 필요가 있다. 이하에, 그 코일 유닛의 강도나 강성을 보다 고려한 구체적인 구조 예를 설명한다.

도 13 내지 도 17은, 비접촉 급전용 코일(10)로서, 지상에 설치하는 송전측 코일(11)의 송전측 코일 유닛 CU1을 도시한다. 또한, 도 13 내지 도 17은, 도 6에 대하여, 코일축 방향 X와 코일축 교차 방향 Y가, 서로 역방향이 되도록 도시하고 있다. 또한, 도 13 내지 도 17의 코일 유닛 CU1은, 도 6의 (b)의 분할 자성체 코어(47a)의 폭이 동일하고, 간극 C의 폭 치수 CW가 외측일수록 작은 예에 대응하고 있다.

복수의 분할 자성체 코어(47a)로 구성되는 자성체 코어(47)는, 간극 C를 형성한 상태에서 도 14 내지 도 16에 도시하는 평판 형상의 코어 베이스(51) 상에 배치하고, 상측 보빈(53)과 하측 보빈(55)을 갖는 코일 보빈(57) 내에 수용하고 있다. 상측 보빈(53), 하측 보빈(55) 및 코어 베이스(51)는, 유리 섬유 직포를 기재로 한 유리 섬유 강화 플라스틱(GFRP)으로 구성하고 있다. 코일 보빈(57)의 외측에 코일선(49)이 감겨 있다. 코일 보빈(57)은, 또한 예를 들어 금속제의 저판(59)과 수지 커버(61)를 갖는 하우징(63) 내에 수용되어 있다. 또한, 하측 보빈(55)과 저판(59)의 사이에는 절연판(65)을 배치하고 있다. 상측 보빈(53)이 상벽을, 하측 보빈(55)이 하벽을 각각 구성하고, 코일 보빈(57)이 케이스를 구성하고 있다.

이어서, 송전측 코일 유닛 CU1에 있어서의 각 부재에 대하여 상세하게 설명한다. 도 16에 도시하는 바와 같이, 코어 베이스(51)는, 간극 C에 대응하는 위치에, 상측 보빈(53)을 향하여 돌출된 보강부로서의 돌기(51a)를 형성하고 있다. 돌기(51a)는, 간극 C의 폭 치수 CW에 대응하는 코일축 교차 방향 Y의 폭을 갖고, 간극 C를 매립하도록 하여 코일축 방향 X를 향하여 연장되어 있다. 돌기(51a)의 코일축 방향 X의 길이는, 분할 자성체 코어(47a)의 동일 방향의 길이와 동등하다. 또한, 도 20의 (a)에 코어 베이스(51)의 전체를 도시하고, 도 20의 (b)에 도 20의 (a)의 코어 베이스(51)에 분할 자성체 코어(47a)를 배치한 상태를 도시하고 있다.

돌기(51a)는, 폭 치수 CW가 가장 큰 간극 C에 대응하는 중앙 2개소에 대해서는, 상벽(51a1)과, 2개의 측벽(51a2, 51a3)과, 측벽(51a2, 51a3) 상호간의 상벽(51a1)으로부터 하방을 향하여 연장되는 중앙벽(51a4)을 구비하고 있다. 이들 중앙 2개소의 돌기(51a)의 외측에 위치하는 2개의 돌기(51a)는, 상벽(51a1)과, 2개의 측벽(51a2, 51a3)을 구비하고 있다. 또한 그 외측의 가장 좁은 간극 C에 대응하는 2개의 돌기(51a)는, 1매의 판상으로 형성되어 있다.

각 돌기(51a)의 상벽(51a1)의 상면 등의 상단부면은, 도 15, 도 20의 (b)에 도시하는 바와 같이 분할 자성체 코어(47a)의 상단부면과 거의 동일면으로 되어 있다. 또한, 폭 치수 CW가 가장 큰 간극 C에 대응하는 중앙 2개소의 돌기(51a)의 중앙벽(51a4)은, 하단부가 코어 베이스(51)의 저면(51b)의 하면과 거의 동일면이다.

코어 베이스(51)는, 분할 자성체 코어(47a)를 적재 고정하는 저면(51b)에 대하여, 주위 사방의 외주연이 상방을 향하여 굴곡되는 외주 플랜지부(51c)를 구비하고 있다. 이 외주 플랜지부(51c)를, 도 14에 도시하는 바와 같이 상측 보빈(53)과 하측 보빈(55)의 각각의 외주연부에 의해 끼움 지지 고정한다.

상측 보빈(53) 및 하측 보빈(55)은, 모두 코일축 방향 X를 따라 요철이 반복되는 골함석 형상으로 되어 있다. 상측 보빈(53) 및 하측 보빈(55)의 골함석 형상부의 주위 사방의 외주연부는, 코일축 방향 X의 양단 2개소에 대해서는, 서로 접근하는 방향으로 굴곡되고 나서 수평 방향으로 연장되는 플랜지(53a, 55a)를 구비하고 있다. 이들 플랜지(53a, 55a)가 코어 베이스(51)의 외주 플랜지부(51c)를 상하로부터 끼운 상태에서, 코일축 교차 방향 Y의 양단 부근의 2개소를, 도 17에 도시하는 바와 같이, 예를 들어 도 26에 도시하는 것과 마찬가지의 클립(67) 등의 고정구에 의해 고정한다.

상, 하측 각 보빈(53, 55)의 골함석 형상부의 주위 사방의 외주연부 중 코일축 교차 방향 Y의 양단 2개소에 대해서는, 서로 접근하는 방향으로 만곡되는 만곡 단부(53b, 55b)가, 코어 베이스(51)의 외주 플랜지부(51c)를 상하로부터 끼움 지지하고 있다. 코어 베이스(51)는, 도 17에 도시하는 바와 같이, 주위 4개소의 코너부에 설치 다리부(51d)를 구비하고 있고, 설치 다리부(51d)를 이용하여 절연판(65) 상에 고정된다.

또한, 상, 하측 각 보빈(53, 55)의 코일축 교차 방향 Y의 만곡 단부(53b, 55b)의 선단에는, 코어 베이스(51)를 향하여 돌출된 걸림 결합 돌기(53f, 55f)를 형성하고 있다. 한편, 코어 베이스(51)의 외주 플랜지부(51c)에는, 걸림 결합 돌기(53f, 55f)가 걸림 결합되는 걸림 결합 구멍(51e)을 형성하고 있다. 따라서, 상측 보빈(53)과 하측 보빈(55)을, 코어 베이스(51)를 사이에 끼워 중첩했을 때, 걸림 결합 돌기(53f, 55f)가 걸림 결합 구멍(51e)에 걸림 결합되어 상측 보빈(53) 및 하측 보빈(55)과, 코어 베이스(51)가 서로 연결된다. 이때, 만곡 단부(53b, 55b)에는, 걸림 결합 구멍(51e)으로부터 돌출된 걸림 결합 돌기(53f, 55f)의 선단이 들어가는 릴리프 오목부(53g, 55g)를 각각 형성하고 있다.

상측 보빈(53) 및 하측 보빈(55)의 골함석 형상에 있어서의 오목부(또는 볼록부)는, 코일축 교차 방향 Y에 대하여, 평행이 아니라 약간의 각도를 가져 경사진 상태로 설치되어 있다. 이 경사 상태의 오목부에 코일선(49)이 들어간 상태로 나선 형상으로 감겨 있다. 코어 베이스(51)의 코일축 교차 방향 Y의 양단부는, 도 14에 도시하는 바와 같이 상측 보빈(53) 및 하측 보빈(55)으로부터 외측으로 돌출되어 있고, 이 돌출된 단부에, 도 15, 도 16에 도시하는 바와 같이, 코일선(49)이 들어가는 절결(51f)을 형성하고 있다. 이때, 절결(51f)은, 상측 보빈(53) 및 하측 보빈(55)의 골함석 형상의 오목부에 대응하여 형성되어 있다.

상측 보빈(53)의 하측 보빈(55)에 대향하는 내벽면에는, 코어 베이스(51)의 돌기(51a)에 대응하는 위치에서 돌기(51a)를 향하여 하방으로 돌출되는 상측 보빈 리브(53c)를 설치하고 있다. 상측 보빈 리브(53c)는, 돌기(51a)와 마찬가지로 코일축 방향 X를 따라 연장되어 있다. 상측 보빈 리브(53c)는, 도 18에 도시하는 바와 같이, 가장 큰 간극 C에 대응하는 돌기(51a)에 대해서는, 측벽(51a2, 51a3) 및 중앙벽(51a4)에 각각 대응하여 3개 형성되어 있고, 모두 상벽(51a1)의 상면에 하단부가 맞닿아 있다.

도 18에 도시하는 상측 보빈 리브(53c)에 대하여 코일축 교차 방향 Y에 인접하는 상측 보빈 리브(53c)는, 도 14에 도시하는 바와 같이, 돌기(51a)의 2개의 측벽(51a2, 51a3) 상호간의 상벽(51a1)의 상면에 하단부가 맞닿아 있다. 상측 보빈 리브(53c)의 하단부가 돌기(51a)의 상면에 맞닿은 상태에서는, 상측 보빈(53)의 골함석 형상의 하방으로 볼록해지는 부분은, 돌기(51a)의 상면 및 분할 자성체 코어(47a)의 상면에 대하여 맞닿지 않고 약간 이격되어 있다.

도 15, 도 16에 도시하는 바와 같이, 하측 보빈(55) 상측 보빈(53)에 대향하는 내벽면에는, 코어 베이스(51)의 돌기(51a)에 대응하는 위치에서 돌기(51a)를 향하여 상방으로 돌출된 하측 보빈 리브(55c)를 설치하고 있다. 하측 보빈 리브(55c)도, 돌기(51a)와 마찬가지로 코일축 방향 X를 따라 연장되고, 가장 큰 간극 C에 대응하는 돌기(51a)에 대해서는, 3개의 상측 보빈 리브(53c)와 마찬가지로 3개 형성되어 있다. 이 3개의 하측 보빈 리브(55c)는, 상단부가 돌기(51a)의 측벽(51a2, 51a3) 및 중앙벽(51a4)의 하단부에 각각 맞닿아 있다.

상기 3개의 하측 보빈 리브(55c)에 대하여 코일축 교차 방향 Y에 인접하는 하측 보빈 리브(55c)는, 돌기(51a)의 2개의 측벽(51a2, 51a3)의 양쪽에 하방으로부터 맞닿음 가능한 폭으로 형성하거나, 측벽(51a2, 51a3)에 각각 대응하여 2개 설치한다. 하측 보빈 리브(55c)가 돌기(51a)의 하면이나 저면(51b)의 하면에 맞닿은 상태에서는, 하측 보빈(55)의 골함석 형상의 상방으로 볼록해지는 부분은, 돌기(51a)의 하면 및 저면(51b)의 하면에 맞닿지 않고, 약간 이격되어 있다.

상측 보빈(53) 및 하측 보빈(55)은, 도 15에 도시하는 바와 같이, 상기한 상측 보빈 리브(53c) 및 하측 보빈 리브(55c) 외에, 상측 보빈 리브(53c) 및 하측 보빈 리브(55c)보다도 상하 방향 길이가 짧은 상측 리브(53h) 및 하측 리브(55h)를 구비하고 있다. 상측 리브(53h)는, 선단이 골함석 형상의 볼록해지는 부분보다도 내측[분할 자성체 코어(47a)로부터 이격되는 측]에 위치하고, 분할 자성체 코어(47a)나 판상의 돌기(51a)에 대하여 이격되어 있다. 하측 리브(55h)는, 선단이 골함석 형상의 볼록해지는 부분보다도 내측[분할 자성체 코어(47a)로부터 이격되는 측]에 위치하고, 코어 베이스(51)의 저면(51b)의 하면에 대하여 이격되어 있다.

도 17에 도시하는 바와 같이, 코일 보빈(57)에 감긴 코일선(49)은, 코어 베이스(51)의 코일축 교차 방향 Y의 한쪽 단부에서 코일축 방향 X의 양단 부근에 있어서, 양단말(49a)이 인출된다. 이 양단말(49a)이 인출되는 부근의 코어 베이스(51)에는, 도 20의 (a)에도 도시하는 바와 같이, 코일선(49)을 걸리게 하는 한 쌍의 걸림 돌기(51g)를 각각 형성하고 있다. 코일 보빈(57)의 하방으로부터 인출된 코일선(49)은, 한 쌍의 걸림 돌기(51g) 중 한쪽의 상부를 포설하고 나서, 다른 쪽의 하부에 포설되도록 번갈아 포설하여 보유 지지된다.

상기와 같이 인출되는 코일선(49)의 단말기(49a)는, 수지 커버(61) 내의 저판(59) 위에 설치되어 있는 도시하지 않은 콘덴서에 접속되고, 도 13에 도시하는 수지 커버(61)의 일측부에 설치되어 있는 커넥터(69)에 접속된다. 수지 커버(61)는, 도 14, 도 15에 도시하는 바와 같이, 코일 보빈(57)을 덮도록 하여 형성되는 커버부(61a)와, 커버부(61a)의 주위 사방에 위치하는 설치 플랜지(61b)를 구비하고 있다. 설치 플랜지(61b)를 저판(59)의 외주연의 상면에 적재하여 볼트(71) 등의 체결구에 의해 체결함으로써, 수지 커버(61)를 저판(59)에 고정한다.

커버부(61a)는, 코일 보빈(57)에 대응하는 위치에 있어서 거의 평판 형상의 평판부(61a1)와, 평판부(61a1)의 외측 테두리부에 연속되며, 설치 플랜지(61b)를 향하여 만곡되도록 굴곡하여 설치 플랜지(61b)에 연속되는 만곡부(61a2)를 구비하고 있다. 그리고, 커버부(61a)의 저판(59)에 대향하는 내벽면에는, 저판(59)을 향하여 돌출된 커버 리브(61c)를 설치하고 있다.

커버 리브(61c)는, 평판부(61a1)에 위치하여 하단부가 상측 보빈(53)에 맞닿는 보빈 맞닿음 리브(61c1)와, 만곡부(61a2)에 위치하여 하단부가 저판(59)에 맞닿는 저판 맞닿음 리브(61c2)를 구비하고 있다. 또한, 커버 리브(61c)는, 주로 평판부(61a1)에 위치하며 하단부가 상측 보빈(53)에 대하여 이격되어 있는 보빈 이격 리브(61c3)를 구비하고 있다. 보빈 맞닿음 리브(61c1) 및 저판 맞닿음 리브(61c2)는 코일축 방향 X를 따라 연장되고, 보빈 이격 리브(61c3)는 보빈 맞닿음 리브(61c1) 상호간에 있어서 코일축 교차 방향 Y를 따라 연장되어 있다. 코일축 방향 X의 단부에 형성된 저판 맞닿음 리브(61c2)는, 코일축 교차 방향 Y를 따라 연장되어 있다.

보빈 맞닿음 리브(61c1)는, 상측 보빈(53)의 상측 보빈 리브(53c)에 대응하는 위치 및, 상측 보빈(53)의 만곡 단부(53b)의 근방 위치에, 1개 또는 2개 설치하고 있다. 이 중 가장 큰 간극 C에 대응하여 설치되어 있는 3개의 상측 보빈 리브(53c)에 대해서는, 양측 2개의 상측 보빈 리브(53c)에 대응하여 2개의 보빈 맞닿음 리브(61c1)를 설치하고 있다. 또한, 가장 큰 간극 C에 인접하는 간극 C에 대응하여 설치되어 있는 1개의 상측 보빈 리브(53c)에 대해서는, 1개의 보빈 맞닿음 리브(61c1)를 설치하고 있다. 또한, 상측 보빈(53)의 만곡 단부(53b)의 근방 위치에는 하나의 보빈 맞닿음 리브(61c1)를 설치하고 있다.

상측 보빈 리브(53c)에 대응하는 위치에 있는 보빈 맞닿음 리브(61c1)는, 상측 보빈 리브(53c), 코어 베이스(51)의 돌기(51a), 하측 보빈 리브(55c)에 대응하고 있다. 이로 인해, 이들 보빈 맞닿음 리브(61c1), 상측 보빈 리브(53c), 돌기(51a), 하측 보빈 리브(55c)는, 간극 C에 대응하는 위치에 있고, 상하 방향을 따라서 연장되는 기둥을 형성하도록, 상하 방향의 동일 위치에 배치된다.

이어서, 도 13에 도시하는 지상에 설치된 상태의 코일 유닛 CU1에 대하여, 차량 등이 올라타서 하중이 부여된 경우를 상정한다. 이 경우, 수지 커버(61)가 받는 하중은, 먼저 복수의 커버 리브(61c)에 전달된다. 복수의 커버 리브(61c) 중 만곡부(61a2)에 위치하는 저판 맞닿음 리브(61c2)에 전달되는 하중은, 저판(59)에 직접 전달되어 내하중성이 확보된다.

한편, 복수의 커버 리브(61c) 중 평판부(61a1)에 위치하는 보빈 맞닿음 리브(61c1)에 전달되는 하중은, 코일 보빈(57)에 전달된다. 이 중 상측 보빈 리브(53c)에 대응하는 위치에 있는 보빈 맞닿음 리브(61c1)에 전달되는 하중은, 도 18, 도 19에서 잘 알 수 있듯이, 상측 보빈 리브(53c), 코어 베이스(51)의 돌기(51a), 하측 보빈(55)의 하측 보빈 리브(55c), 저판(59)의 순서대로 전달된다. 이 경우, 수지 커버(61)의 평판부(61a1)와 저판(59)의 사이에, 보빈 맞닿음 리브(61c1), 상측 보빈 리브(53c), 돌기(51a) 및 하측 보빈 리브(55c)에 의해 상하 방향으로 연장되는 기둥이 형성되게 되므로, 내하중성이 확보된다.

또한, 복수의 커버 리브(61c) 중 코일축 교차 방향 Y의 양단부에 위치하는 보빈 맞닿음 리브(61c1)에 전달되는 하중은, 상측 보빈(53) 및 하측 보빈(55)의 서로 대향하도록 굴곡되는 만곡 단부(53b, 55b)가, 하방을 향하여 하중 전달됨으로써 내하중성이 확보된다.

또한, 평판부(61a1)에 위치하는 복수의 보빈 맞닿음 리브(61c1)에 전달되는 하중은, 상측 보빈(53) 및 하측 보빈(55)이 골함석 형상으로 되어 있으므로, 상측 보빈(53) 및 하측 보빈(55) 자체로 내하중성이 확보된다. 게다가, 상측 보빈(53), 하측 보빈(55) 및 코어 베이스(51)는, 유리 섬유 강화 플라스틱(GFRP)으로 구성되어 있으므로, 내하중성이 한층 더 확보된다.

그 때, 유리 섬유 강화 플라스틱 섬유의 배향 방향을, 코일축 방향 X 및 코일축 교차 방향 Y로 하고 있다. 유리 섬유 강화 플라스틱은, 섬유의 배향 방향에 대하여 보다 높은 강도를 발휘한다. 본 실시 형태에서는, 섬유의 배향 방향을 코일축 교차 방향 Y로 함으로써, 도 19에 도시하는 바와 같이, 코어 베이스(51)의 돌기(51a)에서는 상하 방향으로 섬유의 배향 방향이 향하게 되고, 수지 커버(61)가 받은 하중에 대하여 내하중성이 향상된다.

또한, 섬유의 배향 방향을 코일축 방향 X로 함으로써, 상측 보빈(53) 및 하측 보빈(55)에서는, 도 18에 도시하는 바와 같이, 골함석 형상에 있어서의 표리 양측의 볼록부 상호를 연결하는 부분은, 그 연결하는 방향을 따라서 섬유가 배향되게 된다. 이 경우, 수지 커버(61)가 받은 하중이 표리 양측의 볼록부 상호에 따라 부여됨으로써, 이로 인해 수지 커버(61)가 받은 하중에 대하여 내하중성이 향상된다. 또한, 코일선(49)은 골함석 형상의 오목부에 들어간 상태로 감겨 있으므로, 위치 어긋남되기 어렵고, 또한, 코일선(49)에 대한 보호 기능도 구비하게 되어 손상을 받기 어렵게 되어 있다.

또한, 코일축 방향 X에서의 코일 보빈(57)의 절곡 변형에 대해서는, 모두 코일축 방향 X로 연장되는 상측 보빈 리브(53c), 돌기(51a) 및 하측 보빈 리브(55c)에 의해 형성되는 기둥에 의해 대항할 수 있다. 한편, 코일축 교차 방향 Y에서의코일 보빈(57)의 절곡 변형에 대해서는, 상측 보빈(53) 및 하측 보빈(55)의 골함석 형상으로 대항할 수 있다.

이상과 같이 본 실시 형태에서는, 자성체 코어(47)에 코일축 방향 X를 따라 연장되는 간극 C를 형성함으로써, 자기 인덕턴스 L 및 결합 계수 k를 확보하면서, 경량화 및, 자성체 코어(47)의 외경 치수를 확보하여 송전측 코일(11)과 수전측 코일(13)의 위치 정렬의 용이성을 달성할 수 있다. 그 때, 간극 C에 형성한 보강부가 되는 돌기(51a)나 보빈 맞닿음 리브(61c1), 상측 보빈 리브(53c), 하측 보빈 리브(55c)에 의해, 송전측 코일 유닛 CU1의 강도, 강성을 확보할 수 있다.

도 20의 (a)는, 도 16의 코어 베이스(51)의 전체를 도시하는 사시도, 도 20의 (b)는, 도 20의 (a)의 코어 베이스(51)에 분할 자성체 코어(47a)를 배치한 상태를 도시하는 사시도이다. 이들 도면은, 간극 C의 간격을 코일축 교차 방향 Y의 외측일수록 작게 한 예에 대응하고 있다. 이에 반해 도 21의 (a), (b)는, 간극 C의 간격을 모두 동등하게 한 예를 도시하고 있다. 도 21의 (a), (b)에서는, 코어 베이스(51)의 복수의 돌기(51a)의 폭이 모두 동등하게 되어 있다.

도 22는, 차량(5)의 저면(5a)에 수전측 코일 유닛 CU2를 설치한 상태를 도시하고 있다. 수전측 코일 유닛 CU2는, 도 23에 도시하는 바와 같이, 차량(5)의 저면(5a)에, 도 13의 송전측 코일 유닛 CU1의 저판(59)에 대응하는 저판(73)을 설치하고 있다. 저판(73)의 하면에는, 코일 보빈(75)을, 절연판(77)을 개재하여 설치하고, 또한 코일 보빈(75)을 덮도록 하여 수지 커버(79)를 저판(73)에 체결 고정한다.

도 24, 도 25에 코일 보빈(75)의 일부를 도시한다. 도 24는 차량(5)의 저면(5a)에 대향하는 면을 도시하고 있다. 도 25는 도 24와는 반대측의 지면에 대향하는 면을, 절연판(77)과 함께 도시하고 있다. 코일 보빈(75)은, 도 14의 코일 보빈(57)과 마찬가지로, 내부에 자성체 코어(47)를 수용하고, 외부에 코일선(49)을 감고 있다.

코일 보빈(75)은, 차량(5)측에 위치하는 상측 보빈(81)과, 지면측에 위치하는 하측 보빈(83)을 구비하고 있다. 이들 상측 보빈(81) 및 하측 보빈(83)은, 도 14의 상측 보빈(53) 및 하측 보빈(55)과 마찬가지로, 코일축 방향 X를 따라 요철이 반복되듯한 골함석 형상으로 되어 있다. 그리고, 이 골함석 형상의 외표면의 오목부에 코일선(49)을 들어가게 한 상태에서 감고 있다.

도 24, 도 25에 도시하는 바와 같이, 상측 보빈(81)은, 도 17의 코어 베이스(51)와 마찬가지로, 절연판(77)을 개재하여 저판(73)에 설치하기 위한 설치 다리부(81a)를 주위 4개소의 코너부에 구비하고 있다. 또한, 상측 보빈(81)은, 도 17의 코어 베이스(51)와 마찬가지로, 코일축 교차 방향 Y의 양단부의 코일선(49)이 들어가는 절결(81b)과, 코일선(49)을 걸리게 하는 한 쌍의 걸림 돌기(81c)를 각각 구비하고 있다. 이들 절결(81b) 및 걸림 돌기(81c)는, 도 24에 도시하는 바와 같이, 코일축 교차 방향 Y의 양단부가 하방으로 굴곡되어 수평으로 연장되는 플랜지(81d)에 형성되어 있다.

상측 보빈(81)의 플랜지(81d)에는, 하측 보빈(83)의 코일축 교차 방향 Y의 양단부가 상측 보빈(81)을 향하여 만곡하도록 하여 굴곡되는 만곡 단부(83a)가 맞닿아 있다. 이 맞닿음 상태에서, 코일축 방향 X의 양단부에 있어서, 상측 보빈(81)과 하측 보빈(83)을, 도 17에 있어서의 것과 마찬가지의 클립(67)에 의해 고정하고 있다.

자성체 코어(47)는, 상측 보빈(81)과 하측 보빈(83)의 사이에서, 도 14와 마찬가지의 분할 자성체 코어(47a)가 간극 C를 개재하여 코일축 교차 방향 Y를 따라 복수 배치되어 있다. 간극 C의 간격은 도 14와 마찬가지로 코일축 교차 방향 Y의 외측일수록 좁게 되어 있다. 그리고, 이 간극 C에, 상측 보빈(81)으로부터 하측 보빈(83)을 향하여 돌출된 상측 보빈 돌기(81e)가 삽입 배치되어 있다. 중앙 2개소의 가장 큰 간극 C에 있어서는, 하측 보빈(83)으로부터 상측 보빈(81)을 향하여 돌출된 하측 보빈 돌기(83b)도 삽입 배치되어 있다. 이들 상측 보빈 돌기(81e) 및 하측 보빈 돌기(83b)는, 코일축 방향 X를 따라 연장되어 있다.

상측 보빈 돌기(81e)는, 도 26에 확대하여 도시하는 바와 같이, 분할 자성체 코어(47a)의 측면에 대향하는 양 측벽(81e1)과, 양 측벽(81e1)의 선단 상호를 연결하는 저벽(81e2)을 구비하고 있다. 하측 보빈 돌기(83b)도 마찬가지로, 분할 자성체 코어(47a)의 측면에 대향하는 양 측벽(83b1)과, 양 측벽(83b1)의 선단 상호를 연결하는 저벽(83b2)을 구비하고 있다.

중앙 2개소의 가장 큰 간극 C에 삽입되어 있는 상측 보빈 돌기(81e) 및 하측 보빈 돌기(83b)는, 저벽(81e2, 83b2)끼리 맞닿아 있다. 즉, 상측 보빈 돌기(81e)의 하단부와 하측 보빈 돌기(83b)의 상단부가 서로 맞닿아 있다. 그리고, 이 맞닿은 상태에서, 도 26에 도시하는 바와 같이, 클립(67)에 의해 고정하여 고정부로 한다. 클립(67)은, 저벽(81e2, 83b2)에 형성한 관통 구멍에 원통 형상의 암형 클립(67a)을 삽입하고, 암형 클립(67a)에 수형 클립(67b)을 삽입함으로써 암형 클립(67a)의 외경이 넓어져서 관통 구멍에 걸림 지지된다.

하측 보빈 돌기(83b)가 삽입되어 있지 않은 간극 C에 삽입되는 상측 보빈 돌기(81e)는, 도 24에 있어서의 저벽(81e2)의 하면이 하측 보빈(83)의 상면에 맞닿아 있다. 또한, 상측 보빈(81)의 상측 보빈 돌기(81e) 상호간에는, 도 14의 상측 리브(53h)와 마찬가지의 상측 리브(81f)가 형성되어 있다. 상측 리브(81f)는, 자성체 코어(47)에 대응하는 위치에 있지만, 자성체 코어(47)에 대하여 이격되어 있다.

도 22 내지 도 25에 도시하는 차량(5)측에 설치되는 수전측 코일 유닛 CU2는, 분할 자성체 코어(47a) 상호간에 형성된 간극 C에는, 보강부가 되는 상측 보빈 돌기(81e)나 하측 보빈 돌기(83b)가 삽입 배치되어 있다. 이 때문에 차량 주행 시 등에서의 진동에 대하여, 상측 보빈 돌기(81e)나 하측 보빈 돌기(83b)에 의해 강성이 확보된다.

상기한 수전측 코일 유닛 CU2에 있어서도, 자성체 코어(47)에 코일축 방향 X를 따라 연장되는 간극 C를 형성하고 있다. 이로 인해, 자기 인덕턴스 L 및 결합 계수 k를 확보하면서, 경량화 및 자성체 코어(47)의 외경 치수를 확보하여 송전측 코일(11)과 수전측 코일(13)의 위치 정렬의 용이성을 달성할 수 있다. 그 때, 간극 C에 형성된 보강부가 되는 상측 보빈 돌기(81e) 및 하측 보빈 돌기(83b)에 의해, 코일 보빈(75)에 있어서의 상측 보빈(81)과 하측 보빈(83)의 사이의 상하 방향의 내하중 특성이 높아진다.

또한, 상측 보빈(81) 및 하측 보빈(83)이 골함석 형상으로 되어 있으므로, 상측 보빈(81) 및 하측 보빈(83) 자체로 내하중성이 확보된다. 게다가, 상측 보빈(81) 및 하측 보빈(83)은, 유리 섬유 강화 플라스틱(GFRP)으로 구성되어 있으므로, 내하중성이 한층 더 확보되는 등, 도 14의 코일 보빈(57)과 마찬가지의 효과가 얻어진다.

이상, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명했지만, 이들 실시 형태는 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위해 기재된 단순한 예시에 지나지 않고, 본 발명은 당해 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 기술적 범위는, 상기 실시 형태에서 개시한 구체적인 기술 사항에 한하지 않고, 그로부터 용이하게 유도할 수 있는 다양한 변형, 변경, 대체 기술 등도 포함하는 것이다.

예를 들어, 도 13에 나타낸 송전측 코일 유닛 CU1을 차량(5)의 저면(5a)에 설치하고, 수전측 코일 유닛으로서 이용해도 된다.

본 발명은, 비접촉으로 전력의 수수를 행하는 비접촉 급전용 코일에 적용된다.

X: 코일축 방향
Y: 코일축 교차 방향
C: 분할 자성체 상호간의 간극
11: 송전측 코일
13: 수전측 코일
47: 자성체 코어(자성체)
47a: 분할 자성체 코어(분할 자성체)
49: 코일선(도전선)

Claims (9)

1. 비접촉으로 전력의 수수를 행하는 송전측 코일과 수전측 코일 중 적어도 한쪽이, 환상으로 감기는 도전선과, 상기 환상의 도전선 내에 배치되는 자성체를 구비하고,
   상기 자성체는, 당해 자성체에 상기 도전선을 감은 코일의 코일축 방향과 교차하는 코일축 교차 방향을 따라서 복수로 분할되고, 이 분할되는 복수의 분할 자성체 상호간에, 상기 코일축 방향을 따라서 연장되는 간극이 형성되고,
   상기 간극은, 상기 코일축 교차 방향을 따라서 복수 형성되고, 이 복수의 간극은, 상기 코일축 교차 방향의 중앙보다도 외측이 작은 것을 특징으로 하는, 비접촉 급전용 코일.
2. 비접촉으로 전력의 수수를 행하는 송전측 코일과 수전측 코일 중 적어도 한쪽이, 환상으로 감기는 도전선과, 상기 환상의 도전선 내에 배치되는 자성체를 구비하고,
   상기 자성체는, 당해 자성체에 상기 도전선을 감은 코일의 코일축 방향과 교차하는 코일축 교차 방향을 따라서 복수로 분할되고, 이 분할되는 복수의 분할 자성체 상호간에, 상기 코일축 방향을 따라서 연장되는 간극이 형성되고,
   상기 복수의 분할 자성체는, 상기 코일축 교차 방향의 중앙보다도 외측이 코일축 방향의 투영 면적이 큰 것을 특징으로 하는, 비접촉 급전용 코일.
3. 제2항에 있어서,
   상기 복수의 분할 자성체는, 상기 코일축 교차 방향의 중앙보다도 외측이 코일축 교차 방향의 폭이 넓은 것을 특징으로 하는, 비접촉 급전용 코일.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 복수의 분할 자성체는, 상기 코일축 교차 방향의 중앙보다도 외측이 상기 코일축 방향 및 코일축 교차 방향에 각각 직교하는 방향의 두께가 두꺼운 것을 특징으로 하는, 비접촉 급전용 코일.
5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 복수의 분할 자성체는, 상기 코일축 교차 방향의 중앙보다도 외측이 체적이 큰 것을 특징으로 하는, 비접촉 급전용 코일.
6. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 분할 자성체는, 형상이 서로 동일한 것을 특징으로 하는, 비접촉 급전용 코일.
7. 제1항, 제2항, 제3항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 간극은, 상기 코일축 방향과 평행인 것을 특징으로 하는, 비접촉 급전용 코일.
8. 삭제
9. 삭제

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