KR20150007207A - 무접점 급전기구 및 무접점 급전장치용 전자유도 코일 - Google Patents

무접점 급전기구 및 무접점 급전장치용 전자유도 코일 Download PDF

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KR20150007207A
KR20150007207A KR1020140070727A KR20140070727A KR20150007207A KR 20150007207 A KR20150007207 A KR 20150007207A KR 1020140070727 A KR1020140070727 A KR 1020140070727A KR 20140070727 A KR20140070727 A KR 20140070727A KR 20150007207 A KR20150007207 A KR 20150007207A
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히로시 에마
에이지 사토
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호시덴 가부시기가이샤
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Abstract

본 발명은, 급전 효율이 높은 무접점 급전기구, 및 급전 효율이 높은 무접점 급전을 실현하기 위한 무접점 급전장치용 전자유도 코일을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 무접점 급전기구는, 무접점 급전장치용 전자유도 코일인 1차코일(1)을 구비한 급전 장치(A)와, 2차코일(3)을 구비한 수전 장치(B)를 구비하고 있다. 1차코일(1)은 1차코어(11)와, 1차코어(11)에 감긴 권선(12)을 구비하고, 2차코일(3)은 2차코와, 2차코어에 감긴 권선(32)을 구비하고 있다. 1차코어(11)는, 베이스부(11a)와, 베이스부(11a)의 양쪽 단부로부터 뻗어 나온 한쌍의 연장부(11b)와, 한쌍의 연장부(11b)로부터 더욱 뻗어 나와 서로의 축심이 평행을 이루어 서로의 사이에 공간(S)이 형성되도록 구성된 한쌍의 대향부(11c)를 구비하고 있다. 권선(12)은, 적어도 한쌍의 대향부(11c)에 감겨 있다. 급전 상태에서는, 대향부(11c)의 축심과 2차코어의 축심이 평행을 이루도록, 2차코일(3)은 한쌍의 대향부(11c) 사이에 배치된다. 수전 장치(B)는 2차코어의 단부면과 밀접되어, 단부면의 면적보다 큰 자성 시트를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

Description

무접점 급전기구 및 무접점 급전장치용 전자유도 코일{NON-CONTACT POWER FEEDING MECHANISM AND ELECTROMAGNETIC INDUCTION COIL FOR NON-CONTACT POWER FEEDING DEVICE}
본 발명은, 무접점 급전기구 및 무접점 급전장치용 전자유도 코일에 관한 것이다.
종래, 휴대전화를 비롯한 휴대기기 등의 코드레스 전기기기는, 충전지를 내장하고 있으며, 크래들이나 AC 어댑터 등의 충전기기를 이용하여 충전을 행하고 있었다. 이러한 충전 방식에서는, 전기기기 쪽의 접점과 충전기기 쪽의 접점을 접촉시키고, 전기적으로 도통시킴으로써, 급전 및 충전이 행하여 지고 있다.
최근에는, 이와 같이 접점끼리를 접촉시키지 않고 급전을 행하는 무접점 급전(무접촉 급전) 방식이 계속 채용되고 있다. 무접점 급전 방식에서는, 외부에 노출되는 접점이 없기 때문에, 접점의 접촉불량이 발생될 염려가 없고, 또한, 방수가 용이해지는 등의 이점이 있다.
현재, 무접점 급전에는, 전자유도방식, 전파방식, 전자계공조방식이 사용되고 있다. 전자유도방식에서는, 전기기기 쪽에 2차코일을 구비하고, 급전기기 쪽에 1차코일을 구비하고 있다. 급전기기로부터 전기기기에 급전할 때에는, 1차코일과 2차코일이 대향하도록, 급전기기와 전기기기를 배치한다. 그리고, 1차코일에 전류를 공급하여서, 1차코일에 자속을 발생시킨다. 이 자속에 의해서 2차코일에 전자유도에 의한 기전력(起電力)이 발생한다. 이로써, 전기기기는 전력 공급을 받을 수 있다.
종래의 전자유도방식의 무접점 급전기구는, 일본국 특개 2012-199505호 공보에 나타낸 바와 같은 1차코일 및 2차코일을 소용돌이형상의 평면 코일로서 형성하여, 급전 시에는 이들을 대향 배치하고 있다.
또, 일본국 특개 평9-238428호 공보, 일본국 특개 2005-137173호 공보에서는, 2차코일을 봉형상(원호형상)으로 형성하고, 2차코일의 양쪽 단부를 1차코일의 단부에서 끼워 넣는 구성으로 되어 있다.
일본국 특개 평9-238428호 공보, 일본국 특개 2005-137173호 공보에는, 전자유도방식을 이용한 급전기구가 개시되어 있다. 일본국 특개 평9-238428호 공보에서는, 트로이달 코어를 2개로 분할하여, 한쪽을 1차코일의 코어로서 이용하고, 다른 한쪽을 2차코일의 코어로서 이용하고 있다. 전기기기에 급전할 때에는, 이들 코어의 절단면이 대향하도록, 전기 기기와 수전(受電) 기기를 배치하고 있다.
또, 일본국 특개 2005-137173호 공보에서는, 급전 쪽 코일(1차코일)의 코어를, 봉형상의 베이스부와, 베이스부의 양쪽 단부로부터 뻗어 나온 다리부를 구비하고, 다리부의 선단부를 안쪽으로 굴곡되도록 구성하고 있다. 한편, 수전 쪽 코일(2차코일)의 코어는, 봉형상으로 되어 있다. 전기기기에 급전할 때에는, 수전 쪽 코일 코어의 단부면과, 급전 쪽 코일 코어의 안쪽으로 굴곡되는 부분의 단부면이 대향하도록, 전기기기와 충전기기를 배치하고 있다. 이로써, 충전기기의 높이 및 충전기기로부터의 전기기기의 높이를 억제할 수 있다.
[특허 문헌 1] 일본국 특개 2012-199505호 공보 [특허 문헌 2] 일본국 특개 2005-137173호 공보 [특허 문헌 3] 일본국 특개 평9-238428호 공보
그러나, 일본국 특개 2012-199505호 공보와 같은 평면 코일을 이용한 경우, 코일의 위치 어긋남으로 인하여 급전 효율이 저하되는 문제가 있었다. 또, 일본국 특개 평9-238428호 공보, 일본국 특개 2005-137173호 공보와 같은 구성의 코일을 이용한 경우에 있어서도, 2차코일에 작용하는 자속은 강하게 되지만, 2차코일의 축심과 직교하는 방향에 대한 위치 어긋남이 발생된 경우에는 급전 효율이 저하될 염려가 있다.
일본국 특개 평9-238428호 공보, 일본국 특개 2005-137173호 공보에서는, 1차코일의 권선이 코어에 대해서 미소한 부분 밖에 감겨있지 않고, 급전 효율이 낮아지는 염려가 있다.
본 발명의 무접점 급전기구의 바람직한 실시예의 하나로서는, 전기기기에 전력을 공급하는 수전 장치와, 상기 수전 장치에 전력을 공급하는 급전 장치를 구비하고, 상기 급전 장치는, 1차코일을 구비하며, 상기 수전 장치는, 2차코일을 구비하고, 상기 1차코일은, 자성 재료로 이루어지는 1차코어와, 도전성 재료로 이루어져, 상기 1차코어에 감긴 권선을 구비하고, 상기 2차코일은, 자성 재료로 이루어지는 2차코어와, 도전성 재료로 이루어져, 상기 2차코어에 감긴 권선을 구비하며, 상기 1차코어는, 서로의 축심이 평행을 이루어, 서로의 사이에 공간이 형성되도록 구성된 한쌍의 대향부를 구비하고, 급전 상태에 있어서, 상기 대향부의 축심과 상기 2차코어의 축심이 평행을 이루도록, 상기 2차코일은 한쌍의 상기 대향부 사이에 배치되며, 상기 수전장치는, 상기 2차코어의 단부면과 밀접되어, 해당 단부면의 면적보다 큰 자성 시트를 구비한다.
이 구성에서는, 2차코일이 1차코일의 한쌍의 대향부에 끼워지도록 배치되기 때문에, 2차코일에 작용하는 자속을 강하게 할 수 있다. 또, 2차코어의 단부면에, 그 단부면의 면적보다 큰 자성 시트가 밀접되어 있기 때문에, 자성 시트에 방사된 자속도 2차코어로 흐른다. 즉, 위에서 설명한 구성과 같은 자성 시트를 형성함으로써, 2차코어에 작용하는 자속을 증가시킬 수 있으며, 급전 효율을 높일 수 있다.
또, 위에서 설명한 구성에서는, 1차코일로부터의 자속에 대한 자기 저항은, 자성 시트를 관통하는 방향보다도, 그 면을 따른 방향 쪽이 낮게 되어 있다. 이 때문에, 자성 시트에 방사된 자속 중, 자성 시트를 관통하는 자속보다도, 자성 시트의 면을 따라서 흐르는 자속이 증가한다, 자성 시트의 면을 따라서 흐른 자속은 2차코어의 단부면과의 밀접 부분으로부터 2차코어로 흐른다. 따라서, 이 구성에서는, 자성 시트에 방사된 자속 중, 2차코어로 흐르는 자속, 즉, 급전에 기여하는 자속의 비율을 높일 수 있다. 이로써, 급전 효율을 높일 수 있다.
본 발명의 무접점 급전기구의 바람직한 실시예의 하나로서는, 상기 자성 시트는 가요성을 가진다. 이러한 자성 시트를 이용하면, 자성 시트를 1차코어의 단부면에 대해서, 근접 또는 이간하도록 휘어지게 할 수 있다. 예를 들면, 1차코어의 대향부의 단부면 사이의 공간 크기가 다른 1차코일을 이용할 경우에, 그 공간의 크기에 따라서 자성 시트를 휘어지게 하면, 자성 시트와 1차코어 대향부의 단부면과의 거리를 일정하게 유지할 수 있다. 이로써, 1차코일과 2차코일과의 거리에서 기인되는 급전 효율의 저하를 억제할 수 있다.
일반적으로, 수전 장치는, 2차코일에 발생된 기전력을 전력으로 변환하는 수전회로를 비롯한 금속부재를 구비하고 있다. 이러한 금속부재에 대해서 자속이 작용하는 것은 바람직하지 않다. 그러므로, 본 발명의 무접점 급전기구의 바람직한 실시예의 하나에서는, 상기 수전 장치는, 상기 2차코일과 병렬 배치된 금속부재를 구비하고, 상기 자성 시트는 상기 2차코일의 단부면과 상기 금속부재의 단부면을 덮고 있다. 이 구성에서는, 자성 시트에 의해서, 금속부재에 도달하는 자속을 저감시킬 수 있으며, 금속부재를 보호할 수 있다.
본 발명의 무접점 급전기구의 바람직한 실시예의 하나로서는, 상기 2차코일은, 수전회로에 전기적으로 접속되는 접속단자를 구비하고, 상기 접속단자는, 상기 2차코어의 상기 단부면보다도 안쪽으로 배치되어 있다. 이 구성에서는, 접속단자를 설치하여도, 2차코어의 단부면을 노출시킬 수 있다. 그러므로, 2차코어의 단부면과 자성 시트를 밀접되도록 할 수 있다.
본 발명의 무접점 급전장치용 전자유도 코일의 바람직한 실시예의 하나로서는, 자성 재료로 이루어진 1차코어와, 이 1차코어에 감긴 도전성 재료로 이루어진 권선을 구비하고, 상기 1차코어는, 베이스부와, 이 베이스부의 양쪽 단부로부터 뻗어 나온 한쌍의 연장부와, 상기 한쌍의 연장부로부터 더욱 뻗어 나온 한쌍의 대향부를 구비하며, 한쌍의 상기 대향부는, 서로의 단부 사이에 공간이 형성되어, 각각의 축심이 평행을 이루도록 구성되며, 상기 권선은, 적어도 상기 한쌍의 대향부에 감겨 있다.
이 구성에서는, 1차코어의 한쌍의 대향부 사이에 공간이 형성되어 있으며, 급전 시에는, 이 공간에 2차코일을 위치시켜서, 권선에 전류를 공급한다. 이때, 1차코어의 대향부에 권선이 감겨 있기 때문에, 특허 문헌 1, 2와 같이, 대향부에 권선이 감겨 있지 않은 코일에 비하여, 대향부의 자속밀도를 높일 수 있다. 위에서 설명한 바와 같이, 이 대향부의 사이에 2차코일이 위치하고 있기 때문에, 대향부의 높은 자속밀도에 의해, 2차코일에 효율적으로 기전력을 발생시킬 수 있다.
일반적으로, 무접점 급전장치용 전자유도 코일을 소형화하면, 급전 효율이 저하되기 때문에, 무접점 급전장치용 전자유도 코일에 공급하는 전류를 크게 할 필요가 있다. 그러나, 이 경우에는, 무접점 급전장치용 전자유도 코일이 발열되는 문제가 발생한다. 이에 대해서, 본 실시예의 무접점 급전장치용 전자유도 코일이라면, 급전 효율이 높기 때문에, 무접점 급전장치용 전자유도 코일에 공급하는 전류를 필요 이상으로 크게 할 필요가 없다. 따라서, 발열 문제를 회피할 수 있다.
또한, 본 실시예에서의 한쌍의 대향부의 축심의 평행이란, 엄밀한 의미에서의 평행뿐만 아니라. 본 실시예의 목적에서 벗어나지 않는 정도로 축심이 어긋나 있는 경우를 포함한다. 예를 들면, 트로이달 코어의 일부를 절단하여, 본 실시예의 1차코어로 한 경우, 절단부분의 양쪽 단부가 대향부로 되고, 대향부 단부의 접속방향을 축심방향으로 볼 수 있다. 이때, 대향부의 축심은 엄밀하게는 평행이 될 수 없다. 그러나. 이러한 경우에도, 한쌍의 대향부에서 발생된 자속은 대략 동일 방향이며, 모두 2차코일에 작용한다. 이 때문에, 한쌍의 대향부 사이에 배치된 2차코일에 대해서 효율적으로 기전력을 발생시킬 수 있다. 즉, 본 실시예에서의 한쌍의 대향부의 축심의 평행이란, 엄밀한 평행만을 의미하는 것이 아니며, 위에 설명한 목적을 달성할 수 있는 한은, 평행성이 저하된 상태까지도 포함하는 개념이다.
본 발명의 무접점 급전장치용 전자유도 코일의 바람직한 실시예의 하나에서는, 상기 베이스부의 상기 권선의 권선밀도보다도, 상기 대향부의 상기 권선의 권선밀도가 높게 되어 있다. 이와 같이 구성함으로써, 대향부에서의 자속밀도가 베이스부에서의 자속밀도보다도 높아진다. 즉, 급전에 기여하는 비율이 큰 부분의 자속밀도가, 급전에 기여하는 비율이 작은 부분의 자속밀도보다도 크게 되어 있다. 이로써, 급전 효율을 높일 수 있다.
또한, 베이스부의 권선의 권선밀도라는 용어는, 권선밀도가 0, 즉, 베이스부에 권선이 감겨있지 않은 경우까지도 포함하고 있다.
본 발명에 따르면, 급전 효율이 높은 무접점 급전기구, 및 급전 효율이 높은 무접점 급전을 실현하기 위한 무접점 급전장치용 전자유도 코일을 제공할 수 있다.
도 1은 무접점 급전기구의 개략도이다.
도 2는 1차코일의 대향부의 확대도이다.
도 3은 수전 장치의 개략도이다.
도 4는 자성 시트를 구비하지 않은 2차코일과 자속과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는 자성 시트를 구비한 2차코일과 자속과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6은 무접점 급전장치용 전자유도 코일과 2차코일의 개략도이다.
도 7은 제2실시예에 있어서의 무접점 급전장치용 전자유도 코일의 개략도이다.
도 8은 다른 실시예에 있어서의 무접점 급전장치용 전자유도 코일의 개략도이다.
1. 무접점 급전기구
이하에 도면을 사용하여, 본 실시예에 관한 무접점 급전기구를 설명한다. 도 1은, 본 실시예에 있어서의 무접점 급전기구의 개략도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 무접점 급전기구는, 전기기기(도시하지 않음)에 전력을 공급하는 수전 장치(B)와, 수전 장치(B)에 전력을 공급하는 급전 장치(A)로 구성되어 있다. 급전 장치(A)는, 전자유도에 의해, 급전 장치(B)에 전력을 공급한다. 급전 장치(A)는, 예를 들면, 상용(商用) 전력에 접속된 충전기 등의 전력공급기기에 내장된다. 한편, 수전 장치(B)는, 휴대전화, 휴대단말, 전동치솔 등의 전기기기에 내장된다.
[급전 장치]
급전 장치(A)는, 1차코일(1)과, 상용 전원 등으로부터의 전력에 의해서 1차 코일(1)을 구동하는 급전회로(2)를 구비하고 있다. 또, 1차코일(1)은, 페라이트 등의 자성 재료로 이루어지는 1차코어(11)와, 도전성 재료로 이루어져 1차코어(11)에 감긴 권선(12)을 구비하고 있다. 급전회로(2)의 구성은 주지의 것이므로, 설명은 생략한다.
본 실시예에 있어서의 1차코어(11)는, 베이스부(11a)와, 한쌍의 연장부(11b)와, 한쌍의 대향부(11c)를 가지고 있다. 한쌍의 연장부(11b)는, 베이스부(11a)의 양쪽 단부의 각각으로부터 뻗어나와 있다. 또, 대향부(11c)는, 각각의 연장부(11b)의 단부로부터 서로 대략 대향하도록 뻗어 나와 있다. 한쌍의 대향부(11c)의 단부면(11d)의 사이에는 공간(S)이 형성되어 있다. 본 실시예에서는, 한쌍의 단부면(11d)은 서로 평행으로 또한 대향되도록 구성되어 있다.
본 실시예에서는, 베이스부(11a), 연장부(11b), 대향부(11c)는 모두 단면이 원형인 원호형상이며, 서로 매끄럽게 접속되어 있다. 이러한 1차코어(11)는, 트로이달 코어의 일부를 절단함으로써 제조할 수 있다. 또한, 한쌍의 단부면(11d)끼리 평행으로 또한 대향되도록 하기 위해서는, 절단 중심의 전, 후가 균등하게 되고, 절단면이 평행을 이루도록, 절단하면 된다. 이와 같이, 트로이달 코어의 일부를 절단함으로써 1차코어(11)를 형성하게 되면, 염가로 1차코어(11)를 제조할 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 한쌍의 대향부(11c)는 서로 대향하도록 구성되어 있으나, 보다 구체적으로는, 단부면(11d)에서의 서로의 축심이 평행이 되도록 구성되어 있다. 또한, 여기서의 평행이란, 엄밀한 평행뿐만 아니라, 서로의 축심이 미소각도 δ로 교차하는 경우도 포함되어 있다. 또, 축심이란, 한쪽의 대향부(11c)로부터, 연장부(11b), 베이스부(11a), 다른 한쪽의 연장부(11b), 다른 한쪽의 대향부(11c)에 걸쳐서, 위에서 설명한 원형 단면의 중심을 연결한 것이다.
도 2는, 1차코어(11)의 대향부(11c) 부근의 확대도이다. 위에서 설명한 바와 같이, 본 실시예에서의 대향부(11c)는 원호형상이기 때문에, 축심도 원호형상이 된다. 그러나, 대향부(11c)를 축심으로 수직의 방향으로 절단하여 미소 영역으로 분할하였을 때에는, 각 미소 영역에서의 축심 방향은 각 미소 영역에서의 접선 방향에서 근사할 수 있다. 예를 들면, 단부면(11d)에서의 축심 방향은, 단부면(11d)에서의 대향부(11c)의 접선 방향이 된다. 도 2에서는, 단부면(11d)의 접선 방향을 대향부(11c)의 축심 방향으로서 표시하고 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 1차코어(11)에서는, 한쌍의 대향부(11c)의 각각의 축심 ×1, ×2는 미소각도 δ로 교차하고 있다. 이러한 경우에 있어서도, 한쌍의 대향부(11c)의 축심은 평행으로 간주한다.
[수전 장치]
도 3에 나타낸 바와 같이, 수전 장치(B)는, 1차코일(1)에 의해서 발생된 자속에 의거하여 기전력을 발생시키는 2차코일(3)과, 2차코일(3)의 기전력을 전력으로 변환하는 수전회로(4)(본 발명의 금속부재의 예)을 구비하고 있다. 수전회로(4)는, 전기소자 등으로 구성된 공지의 회로이므로, 상세한 설명은 생략한다. 급전 시에는, 1차 코일(1)과 2차코일(3)이 도 1에 나타내는 위치관계가 되도록, 급전 장치(A)와 수전 장치(B)가, 즉, 전력공급기기와 전기기기가 위치 결정된다.
2차코일(3)은, 페라이트 등의 자성 재료로 이루어진 2차코어(31)와, 도전성 재료로 이루어지고, 2차코어(31)에 감긴 권선(32)을 구비하고 있다. 2차코어(31)는 대략 봉형상이며, 축부(31a)와, 축부(31a)의 양쪽 단부에 형성된 축부(31a)보다 큰 직경의 대직경부(31b)를 구비하고 있다.
축부(31a)와, 대직경부(31b)와의 경계 부근에는, 한쌍의 접속단자(6)가 설치되어 있다. 접속단자(6)는, 금속 등의 도전성 재료로 이루어지며, 권선(32)과 수전회로(4)를 전기적으로 접속하고 있다. 접속단자(6)는, 중심부가 개구된 대략 원판형상이며, 개구부분에 축부(31a)가 끼워져 통과되도록 장착되어 있다. 접속단자(6)를 이와 같이 배치함으로써, 대직경부(31b)의 단부면, 즉, 2차코어(31)의 단부면(31c)을 노출시킬 수 있다.
수전 장치(B)는, 이와 같이 하여 노출된 2차코어(31)의 단부면(31c)과 밀접되도록 한 자성 시트(5)를 구비하고 있다. 또한, 본 실시예에서의 밀접이란, 완전히 밀착 배치된 상태뿐만 아니라, 약간의 틈(예를 들면, 0.5mm 이하)을 가지도록 배치된 상태까지도 포함하고 있다.
이 자성 시트(5)는, 2차코어(31)의 단부면(31c)의 면적에 비하여 큰 면적을 가지고 있다. 구체적으로는, 자성 시트(5)는, 2차코어(31)의 단부면(31c)과, 2차코어(31)에 병렬 배치된 수전회로(4)의 단부면(41)을 충분히 덮을 수 있는 면적을 구비하고 있다. 즉, 2차코어(31)와 수전회로(4)와는, 한쌍의 자성 시트(5) 사이에 끼워져 있다. 또, 자성 시트(5)의 면적은, 1차코어(11)의 단부면(11d)의 면적과 같거나, 또는, 이보다 큰 것이 바람직하다.
도 4, 도 5에는, 급전 장치(A)(1차코일)에 의해서 발생된 자속과 2차코일(3)과의 관계가 나타나 있다. 도면 중에서 자속은 점선으로 표시되어 있지만, 그 방향은 생략하고 있다. 또한 도 4, 도 5에서의 2차코일(3)(수신 장치(B))은, 자성 시트(5)의 유무를 제외하고 동일한 구성으로 되어 있다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 자성 시트(5)를 구비하지 않은 경우에는, 1차코어(11)의 단부면(11d) 중, 2차코어(31)의 단부면(31c)과 대략 대향되는 영역(R1)으로부터 방사되는 자속은, 2차코일(3)에 작용한다. 한편, 1차코어(11)의 단부면(11d) 중, 영역(R1) 이외의 영역(R2)으로부터 방사되는 자속은, 2차코일(3)에 작용되지 않는다. 즉, 자성 시트(5)를 구비하지 않은 경우에는, 1차코어(11)의 단부면(11d)으로부터 방사되는 자속 중, 2차코일(3)에 작용하는 자속, 즉, 급전에 기여하는 자속의 비율은, S1/(S1+S2)뿐이다. 여기서, S1, S2는 각각, 영역 R1, R2의 면적이다.
한편, 도 5에 나타내는 바와 같이, 자성 시트(5)가 2차코어(31)의 단부면(31c)에 밀접되어 있는 경우는, 1차코어(11)의 단부면(11d) 중, 2차코어(31)의 단부면(31c)과 대략 대향되는 영역(R3)으로부터 방사되는 자속은, 2차코일(3)에 작용한다. 한편, 1차코어(11)의 단부면(11d) 중, 영역(R3) 이외의 영역(R4)으로부터 방사되는 자속은, 자성 시트(5)를 향하여 방사된다. 본 실시예에서는, 위의 설명과 같이 구성되어 있기 때문에, 1차코일(1)로부터의 자속에 대한 자기저항은, 자성 시트(5)를 관통하는 방향보다도, 그 면을 따르는 방향 쪽이 낮게 되어 있다. 그러므로, 자성 시트(5)에 방사된 자속 중의 대부분은, 자성 시트(5)의 면 방향을 따라 흐른다. 그리고, 2차코어(31)의 단부면(31c)과의 밀접 부분으로부터 2차코어(31)로 흐른다. 즉, 자성 시트(5)를 2차코어(31)의 단부면(31c)에 밀접시킨 경우에는, 1차코어(11)의 단부면(11d)으로부터 방사되는 자속의 대부분이 2차코일(3)에 작용되어, 급전 효율을 높일 수 있다.
또, 수전회로(4)는, 자성 시트(5)에 의해서 1차코어(11)의 단부면(11d)으로부터 차폐되어 있기 때문에, 수전회로(4)를 자속의 영향으로부터 보호할 수 있다. 또한, 자성 시트(5)의 면적을 2차코어(31)의 단부면(31c)의 면적보다 크게 함으로써, 2차코일(3)의 축심 방향으로 직교하는 면 안에서의, 1차코일(1)에 대한 2차코일(3)의 위치 어긋남에 의한 급전 효율의 저하를 억제할 수 있다.
자성 시트(5)의 물성에 특별한 제한은 없지만, 가요성을 가진 것은 바림직하다. 자성 시트(5)가 가요성을 가지면, 자성 시트(5)를 1차코어(11)의 단부면(11d)에 대해서, 근접 또는 이간되는 방향으로 휘어지게 할 수 있다. 이로써, 단부면(11d) 사이의 공간(S)의 크기가 다른 1차코어(11)를 가진 급전 장치(A)를 사용할 경우에도, 공간(S)의 크기에 따라 자성 시트(5)를 휘어지게 함으로써, 급전 효율의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 자성 시트(5)와 2차코어(31)와의 밀접은 유지할 필요가 있기 때문에, 자성 시트(5) 중, 이 밀접 부분 이외의 영역을 휘어지도록 한다.
2. 무접점 급전장치용 전자유도 코일
이하, 도면을 사용하여, 본 실시예에 있어서의 무접점 급전장치용 전자유도 코일(이하, "1차코일"이라고 칭한다)을 설명한다.
도 6은 1차코일(1)과 2차코일(30)과의 개략도이다. 1차코일(1)은, 전기기기에 전력을 공급하는 충전기 등의 전력공급기기(도시하지 않음)에 내장된다. 한편. 2차코일(30)은, 전력공급을 받는 전기기기(도시하지 않음)에 내장된다.
또, 1차코일(1)에는, 도시하지 않은 전력원 및 급전회로가 접속되어 있다. 한편, 2차코일(30)에는, 도시하지 않은 수전회로가 접속되어 있다. 수전회로로부터의 전력은, 전기기기의 충전지 등의 전기적 부하에 공급된다.
급전 시에는, 1차코일(1)과 2차코일(30)이 도 6에 나타내는 위치 관계가 되도록, 전기기기 및 전력공급기기가 배치된다.
2차코일(30)은, 도 6에서의 가로방향인 축심 둘레에, 도전성 재료로 이루어지는 권선이 감긴 공심 코일로써 형성되어 있다. 또, 2차코일(30)은, 페라이트 등의 자성 재료의 코어를 구비한 유심 코일이어도 무방하다.
1차코일(1)은, 페라이트 등의 자성 재료로 이루어지는 1차코어(11)와, 1차코어(11)에 감긴 도전성 재료로 이루어지는 권선(12)을 구비하고 있다. 또, 1차코어(11)는, 베이스부(11a)와, 한쌍의 연장부(11b)와, 한쌍의 대향부(11c)를 구비하고 있다.
한쌍의 연장부(11b)는, 베이스부(11a)의 양쪽 단부의 각각으로부터 뻗어 나와 있다. 또, 대향부(11c)는, 각각의 연장부(11b)의 단부로부터 서로 대략 대향하도록 뻗어 나와 있다. 대향부(11c)는, 각각 단부로서의 단부면(11d)을 구비하고, 서로의 단부면(11d) 사이에는 공간(S)이 형성되어 있다. 본 실시예에서는, 한쌍의 단부면(11d)은 서로 평행으로 또한 대향되도록 구성되어 있다.
본 실시예에서의 1차코어(11)는, 트로이달 코어의 일부를 절단함으로써 형성하고 있다. 이로써, 베이스부(11a), 연장부(11b), 대향부(11c)는 모두 단면이 원형인 원호형상이며, 각각 매끄럽게 접속된 1차코어(11)를 형성할 수 있다. 또한, 한쌍의 단부면(11d)끼리를 평행으로 또한 대향하도록 하기 위해서는, 절단 중심의 전, 후가 균등하게 되고, 절단면이 평행을 이루도록, 절단하면 된다. 이와 같이, 트로이달 코어의 일부를 절단함으로써 1차코어(11)를 형성하게 되면, 염가로 1차코어(11)를 제조할 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 한쌍의 대향부(11c)는 서로 대향하도록 구성되어 있으나, 보다 구체적으로는, 단부면(11d)에서의 서로의 축심이 평행을 이루도록 구성되어 있다. 또한, 여기서의 평행이란, 엄밀한 평행뿐만 아니라, 서로의 축심이 미소각도 δ로 교차하는 경우도 포함되어 있다. 또, 축심이란, 한쪽의 대향부(11c)로부터, 연장부(11b), 베이스부(11a), 다른 한쪽의 연장부(11b), 다른 한쪽의 대향부(11c)에 걸쳐서, 위에서 설명한 원형 단면의 중심을 연결한 것이다.
도 2는, 1차코어(11)의 대향부(11c) 부근의 확대도이다. 위의 설명과 같이, 본 실시예에서의 대향부(11c)는 원호형상이기 때문에, 축심도 원호형상이 된다. 그러나, 대향부(11c)를 축심으로 수직의 방향으로 절단하여 미소 영역으로 분할하였을 때에는, 각 미소 영역에서의 축심 방향은 각 미소 영역에서의 접선 방향에서 근사할 수 있다. 예를 들면, 단부면(11d)에서의 축심 방향은, 단부면(11d)에서의 대향부(11c)의 접선 방향이 된다. 도 2에서는, 단부면(11d)의 접선 방향을 대향부(11c)의 축심 방향으로서 표시하고 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 1차코어(11)에서는, 한쌍의 대향부(11c)의 각각의 축심 ×1, ×2는 미소각도 δ로 교차하고 있다. 이러한 경우에 있어서도, 한쌍의 대향부(11c)의 축심은 평행으로 간주한다.
한쌍의 대향부(11c)의 축심이 엄밀하게 평행이 되지 않아도, 본 실시예의 1차코어(11)에서는, 한쌍의 대향부(11c)에서 발생된 자속은 대략 동일 방향이 된다. 그러므로, 한쌍의 대향부(11c) 사이의 공간(S)에 2차코일(30)을 위치시키면, 한쌍의 대향부(11c)에서 발생된 자속은 모두 2차코일(30)에 작용한다. 이로써, 효율적으로 2차코일(30)에 기전력을 발생시킬 수 있다.
즉, 본 실시예에서의, 한쌍의 대향부(11c)의 축심이 평행이다라는 것은, 이 작용 효과를 발휘하기 위한 조건이며, 이 작용 효과를 발휘하는 한은, 한쌍의 대향부(11c)의 축심이 미소각도 δ로 교차하는 상태까지도 포함할 수 있다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 급전 시에는, 2차코일(30)은 단부면(11d) 사이의 공간(S) 안에 위치하고 있다. 또, 2차코일(30)의 단부면(33)은, 단부면(11d)과 대향하고 있다. 또한, 본 실시예에서는, 2차코일(30)의 단부면(33)의 면적은, 1차코어(11)의 단부면(11d)의 면적보다 작게 되어 있다. 전자유도 방식의 무접점 급전에서는, 1차코일(1)과 2차코일(30)의 위치에 의해서 급전 효율이 저하된다는 문제가 있지만, 본 실시예에서는 이와 같이 구성함으로써, 2차코일(30)의 축심 방향에 직교하는 방향으로의 위치 어긋남에 의한 급전 효율의 저하를 저감시키고 있다.
권선(12)은, 도 6에 나타내는 바와 같이, 1차코어(11) 전체에 감겨 있다. 즉, 베이스부(11a), 연장부(11b), 대향부(11c)에 권선(12)이 감겨 있다. 또한, 한쌍의 대향부(11c)에는, 발생하는 서로의 자속 방향이 대략 동일하도록, 권선(12)이 감겨 있다.
급전회로는, 공지의 방법에 의해서, 이와 같이 구성된 1차코일(1)을 구동한다. 이때, 1차코일(1)의 1차코어(11) 내부에는, 오른나사의 법칙에 의거한 방향으로의 자속이 발생한다. 즉, 1차코일(1)의 미소 영역에서는, 권선(12)의 권선 감김 방향을 따라서, 그 미소 영역의 1차코어(11)의 접속 방향에 따른 자계가 발생한다.
따라서, 한쌍의 대향부(11c)에는, 대략 동일 방향의 자속이 발생하며, 이들 자속은 공간(S) 안에 배치된 2차코일(30)에 작용한다. 즉, 이러한 구성에서는, 급전에 기여하는 자속의 대부분이 대향부(11c)로부터의 자속이다. 본 실시예에서는, 그 대향부(11c)에 권선(12)이 감겨 있기 때문에, 급전에 기여하는 자속을 강하게 할 수 있다. 즉, 전체 자속 중, 급전에 기여하는 자속의 비율을 크게 할 수 있어서, 급전 효율을 높일 수 있다. 또, 급전에 기여하는 자속이 강하기 때문에, 2차코일(30)이 그 축심 방향으로 최적 위치에서 다소 어긋났다고 하여도, 급전을 실시할 수 있다.
또, 본 실시예와 같이, 1차코어(11)를 원호형상으로 형성함으로써, 1차코어(11)의 안쪽(1차코어(11)를 형성하는 원의 안쪽 방향)으로의 누설 자속이, 1차코어(11)에 환류하기 쉽게 된다. 그러므로, 누설 자속을 저감시킬 수 있으며, 급전 효율을 높일 수 있다.
도 7에 나타내는 1차코일(1)은, 실시예 1에서의 1차코일(1)과 기본 구성은 같다. 즉, 본 실시예에서의 1차코일(1)은, 실시예 1과 같이, 1차코어(11) 전체, 즉, 베이스부(11a), 연장부(11b), 대향부(11c)에 권선(12)이 감겨 있다. 그러나, 본 실시예에서는, 권선(12)의 밀도를 부분적으로 달리하고 있다. 구체적으로는, 베이스부(11a)의 권선(12)의 밀도보다도, 대향부(11c)의 권선(12)의 권선밀도를 높게 하고 있다.
코일에 발생하는 자속의 밀도는, 권선(12)의 권선밀도에 비례한다. 그러므로, 코일의 권선밀도를 부분적으로 달리하면, 자속밀도가 부분적으로 다른 코일을 형성할 수 있다.
따라서, 위에서 설명한 바와 같이 구성한 본 실시예의 1차코일(1)에서는, 베이스부(11a)의 자속밀도보다도, 대향부(11c)의 자속밀도 쪽이 높아진다. 실시예 1에서 설명한 바와 같이, 본 실시예의 1차코일(1)에서는, 주로 대향부(11c)에 발생하는 자속이 급전에 기여하고 있다. 즉, 본 실시예에 있어서의 1차코일(1)에서는, 베이스부(11a)의 자속밀도보다도, 대향부(11c)의 자속밀도를 높게 할 수 있다. 이로써, 1차코일(1)에 발생하는 자속 중, 급전에 기여하는 비율을 높일 수 있으며, 급전 효율을 높일 수 있다.
본 실시예와 같이 원호형상으로 형성된 1차코어(11)에서는, 1차코일(1)로부터 발생하는 누설 자속은, 자속 루프가 작아지도록 1차코어(11)의 안쪽(지름 안쪽)으로 환류하는 특성을 가진다. 그러므로, 1차코어(11)의 안쪽에서의 자속은 1차코어(11)의 바깥쪽(지름 바깥쪽)보다도 자속이 집중된다. 이로써, 대향부(11c)의 자속을 강하게 할 수 있으며, 급전 효율을 높일 수 있다.
다른 실시예
(1) 위의 실시예에서는, 1차코어(11)의 한쌍의 대향부(11c)의 단부면(11d)끼리 평행을 이루도록 구성하였으나, 대향부(11c)의 단부면끼리 대향하고 있으면, 단부면(11d)끼리 평행이 되지 않아도 무방하다. 또, 대향부(11c)의 단부면을 평면형상 이외의 형상으로 형성하여도 무방하다.
(2) 위의 실시예에서는, 1차코어(11)의 베이스부(11a), 연장부(11b), 대향부(11c)는 모두 원호형상으로 형성하였으나, 직선형상으로 형성하여도 무방하다. 예를 들면, 도 8에 나타낸 바와 같이, 직선형상의 베이스부(11a)의 양쪽 단부로부터 대략 직각으로 연장부(11b)를 뻗도록 하여, 연장부(11b)의 단부로부터 대략 직각으로 대향부(11c)를 안쪽으로 뻗게 한다. 이와 같이, 1차코어(11)를 구성한 경우, 1차코어(11)를 원호형상으로 형성한 경우와 비교하여, 1차코어(11)의 안쪽으로의 누설 자속의 1차코어(11)에의 환류 효율이 약간 저하되지만, 위 설명의 실시예와 마찬가지로, 대향부(11c)의 자속을 강하게 할 수 있으며, 급전 효율을 높일 수 있다.
본 발명은, 휴대전화, 휴대단말, 전동치솔, 무선 헤드셋트 등의 소형 전기기기의 무접점 급전기구 및 무접점 급전장치용 전자유도 코일에 이용할 수 있다.
1: 1차코일
2: 급전회로
3: 2차코일
4: 수전회로
5: 자성 시트
6: 접속단자
11: 1차코어
11a: 베이스부
11b: 연장부
11c: 대향부
11d: 단부면
12: 권선
30: 2차코일
31: 2차코어
31a: 축부
31b: 대직경부
31c: 2차코어(31)의 단부면
33: 2차코일(30)의 단부면
41: 수전회로(4)의 단부면
A: 급전 장치
B: 수전 장치
R1, R2, R3, R4 : 영역
S: 공간

Claims (6)

  1. 전기기기에 전력을 공급하는 수전 장치와,
    상기 수전 장치에 전력을 공급하는 급전 장치를 구비하고,
    상기 급전 장치는, 1차코일을 구비하며,
    상기 수전 장치는, 2차코일을 구비하고,
    상기 1차코일은,
    자성 재료로 이루어지는 1차코어와,
    도전성 재료로 이루어져, 상기 1차코어에 감긴 권선을 구비하고,
    상기 2차코일은,
    자성 재료로 이루어지는 2차코어와,
    도전성 재료로 이루어져, 상기 2차코어에 감긴 권선을 구비하며,
    상기 1차코어는, 서로의 축심이 평행을 이루어, 서로의 사이에 공간이 형성되도록 구성된 한쌍의 대향부를 구비하고,
    급전 상태에 있어서, 상기 대향부의 축심과 상기 2차코어의 축심이 평행을 이루도록, 상기 2차코일은 한쌍의 상기 대향부 사이에 배치되며,
    상기 수전장치는, 상기 2차코어의 단부면과 밀접되어, 해당 단부면의 면적보다 큰 자성 시트를 구비하고 있는 무접점 급전기구.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자성 시트는 가요성을 가지는 무접점 급전기구.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 수전 장치는, 상기 2차코일과 병렬 배치된 금속부재를 구비하고,
    상기 자성 시트는 상기 2차코일의 단부면과 상기 금속부재의 단부면을 덮고 있는 무접점 급전기구.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 2차코일은, 수전회로에 전기적으로 접속되는 접속단자를 구비하고,
    상기 접속단자는, 상기 2차코어의 상기 단부면보다도 안쪽으로 배치되어 있는 무접점 급전기구.
  5. 자성 재료로 이루어진 1차코어와, 이 1차코어에 감긴 도전성 재료로 이루어지는 권선을 구비하고,
    상기 1차코어는,
    베이스부와,
    이 베이스부의 양쪽 단부로부터 뻗어 나온 한쌍의 연장부와,
    상기 한쌍의 연장부에서 더욱 뻗어 나온 한쌍의 대향부를 구비하며,
    한쌍의 상기 대향부는, 서로의 단부 사이에 공간이 형성되어, 각각의 축심이 평행을 이루도록 구성되며,
    상기 권선은, 적어도 상기 한쌍의 대향부에 감겨 있는 무접점 급전장치용 전자유도 코일.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 베이스부의 상기 권선의 권선밀도보다도, 상기 대향부의 상기 권선의 권선밀도가 높게 되어 있는 무접점 급전장치용 전자유도 코일.
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