KR20190003656A

KR20190003656A - 코일 유닛

Info

Publication number: KR20190003656A
Application number: KR1020187034487A
Authority: KR
Inventors: 유지 나루세; 유스케 미나가와
Original assignee: 닛산 지도우샤 가부시키가이샤
Priority date: 2016-05-18
Filing date: 2016-05-18
Publication date: 2019-01-09
Also published as: EP3460815A1; US10726991B2; KR102141016B1; CA3024487A1; EP3460815A4; RU2693849C1; CN109155188A; WO2017199361A1; US20190148065A1; MX2018013399A; EP3460815B1; MY177839A; CN109155188B; CA3024487C; JPWO2017199361A1; JP6690706B2

Abstract

코일 유닛은, 코일축을 법선으로 하는 제1 평면 위에, 코일축을 중심으로 하는 내외 방향에 있어서 배열되도록 깔린 도선을 포함하는 코일과, 제1 평면을 따라 인접하는 제2 평면 위에 배열된 복수의 자성체판을 구비한다. 복수의 자성체판에 의해 형성되는 코일의 내외 방향을 가로지르는 간극은, 코일의 내외 방향에 있어서의 단부 부근에 위치한다.

Description

코일 유닛

본 발명은 비접촉 급전에 사용되는 코일 유닛에 관한 것이다.

비접촉 급전에 사용되는 코일 유닛에 있어서, 자속의 지향성을 높이기 위한 복수의 자성체판을, 대략 평판형의 코일에 인접하여 배치하는 기술이 제안되어 있다(특허문헌 1 참조).

일본 특허 공개 제2015-233357호 공보

그러나, 특허문헌 1에 기재된 기술은, 더 큰 전력을 전송하는 경우, 자속의 증대에 수반하여, 코일의 내외 방향에 있어서도 더 많은 자성체판이 필요해진다. 자성체판끼리의 간극이 코일에 의해 발생하는 전기력선을 가로지르도록 형성되는 경우, 간극의 위치에 따라서는 자성체판끼리의 간극에 있어서 절연 파괴가 발생할 가능성이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 감안하여, 자성체판 사이의 절연 파괴의 가능성을 저감시킬 수 있는 코일 유닛을 제공할 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 형태에 관한 코일 유닛은, 제1 평면 위에 있어서 배열되도록 깔린 도선을 포함하는 코일과, 제1 평면을 따라 인접하는 제2 평면 위에 배열된 복수의 자성체판을 구비하고, 복수의 자성체판의, 코일이 배열되는 방향을 가로지르는 간극은, 도선이 배열되는 방향에 있어서의 코일의 단부 부근에 위치한다.

본 발명의 일 형태에 의하면, 자성체판의 간극이 전계 강도가 낮은 위치에 형성됨으로써, 자성체판 사이의 전위차를 저감시키고, 자성체판 사이의 절연 파괴의 리스크를 저감시키는 코일 유닛을 제공할 수 있다.

도 1은 제1 실시 형태에 관한 코일 유닛을 구비하는 비접촉 급전 시스템의 기본적인 구성을 설명하는 모식적인 블록도이다.
도 2a는 제1 실시 형태에 관한 코일 유닛을 설명하는 평면도이다.
도 2b는 도 2a의 X-X 방향에서 본 단면도이다.
도 2c는 도 2a의 Y-Y 방향에서 본 단면도이다.
도 3a는 제1 실시 형태에 관한 코일 유닛을 설명하는 평면도이다.
도 3b는 도 3a의 X-X 방향에서 본 단면도이다.
도 4a는 자성체판의 간극을 경유하는 도선 사이의 전기력선을 설명하는, 도선의 연신 방향에서 본 코일 유닛의 확대 단면도이다.
도 4b는 도 4a에 대응하는 등가 회로도이다.
도 5a는 n＝2, k＝1인 경우의 자성체판의 간극의 전계를 설명하는 단면도이다.
도 5b는 n＝2, k＝2인 경우의 자성체판의 간극의 전계를 설명하는, 도선의 연신 방향에서 본 단면도이다.
도 6a는 n＝3, k＝1인 경우의 자성체판의 간극의 전계를 설명하는, 도선의 연신 방향에서 본 단면도이다.
도 6b는 n＝3, k＝2인 경우의 자성체판의 간극의 전계를 설명하는, 도선의 연신 방향에서 본 단면도이다.
도 6c는 n＝3, k＝3인 경우의 자성체판의 간극의 전계를 설명하는, 도선의 연신 방향에서 본 단면도이다.
도 7은 자성체판의 간극의 위치와 전계의 관계를 n마다 나타내는 도면이다.
도 8은 코일의 전역에 대응하는, 자성체판의 간극의 위치와 전계의 관계를 도시한 일례이다.
도 9는 파셴 곡선을 도시한 일례이다.
도 10은 표면에 코팅이 형성된 자성체판 사이의 간극을 설명하는 평면도이다.
도 11a는 제1 실시 형태의 제1 변형예에 관한 코일 유닛을 설명하는 평면도이다.
도 11b는 도 11a의 X-X 방향에서 본 단면도이다.
도 12는 제1 실시 형태의 제2 변형예에 관한 코일 유닛을 설명하는 평면도이다.
도 13a는 제1 실시 형태의 제3 변형예에 관한 코일 유닛을 설명하는 평면도이다.
도 13b는 도 13a의 X-X 방향에서 본 단면도이다.
도 14는 제2 실시 형태에 관한 코일 유닛을 설명하는 평면도이다.
도 15는 제2 실시 형태의 변형예에 관한 코일 유닛을 설명하는 평면도이다.
도 16은 제3 실시 형태에 관한 코일 유닛을 설명하는 평면도이다.
도 17a는 도 16에 대응하는 자성체판의 확대 평면도이다.
도 17b는 도 17a와 비교하기 위한 자성체판의 확대 평면도이다.
도 18a는 제4 실시 형태에 관한 코일 유닛을 설명하는 평면도이다.
도 18b는 도 18a의 X-X 방향에서 본 단면도이다.

도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태를 설명한다. 도면의 기재에 있어서, 동일 또는 유사한 부분에는 동일 또는 유사한 부호를 붙여, 중복되는 설명을 생략한다. 또한, 도면은 모식적인 것이고, 각 치수의 관계나 비율 등은 실제의 것과는 상이한 경우가 있다.

(제1 실시 형태)

제1 실시 형태에 관한 코일 유닛을 구비하는 비접촉 급전 시스템은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 급전 스탠드 등에 배치된 급전 장치(1)와, 전기 자동차나 하이브리드차 등의 차량(20)에 탑재된 수전 장치(2)를 구비한다. 급전 장치(1)는 수전 장치(2)에 비접촉으로 전력을 공급한다.

급전 장치(1)는 지상측 코일 유닛(11)과, 지상측 코일 유닛(11)에 공급하는 전력을 제어하는 전력 제어부(12)와, 무선 통신부(13)와, 제어부(14)를 구비한다. 지상측 코일 유닛(11)은 제1 실시 형태에 관한 코일 유닛으로서, 예를 들어 급전용 주차 스페이스(10)에 배치된다.

전력 제어부(12)는 정류부(121)와, 역률 개선(PFC) 회로(122)와, 인버터(123)를 구비한다. 전력 제어부(12)는 교류 전원(120)으로부터 송전되는 교류 전력을, 고주파의 교류 전력으로 변환하고, 지상측 코일 유닛(11)으로 전력을 송전한다.

정류부(121)는 교류 전원(120)으로부터 출력되는 교류 전력을 정류하는 회로이다. PFC 회로(122)는 정류부(121)로부터 출력되는 파형을 정형함으로써 역률을 개선하는 회로이다. 인버터(123)는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT) 등의 스위칭 소자를 갖는 펄스 폭 변조(PWM) 제어 회로를 포함하는 전력 변환 회로이다. 인버터(123)는 스위칭 제어 신호에 기초하여 스위칭 소자의 온/오프를 전환함으로써, 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 지상측 코일 유닛(11)에 공급한다.

무선 통신부(13)는 제어부(14)에 의한 제어에 따라, 수전 장치(2)와 쌍방향 통신을 행하는 통신기이다.

제어부(14)는 급전 장치(1)의 동작을 제어하는 제어 회로이다. 제어부(14)는 무선 통신부(13)와 수전 장치(2) 사이의 통신에 의해 급전 장치(1)로부터의 급전의 개시를 통지하는 신호를 수전 장치(2)로 송신하거나, 급전 장치(1)로부터의 급전의 개시를 요구하는 신호를 수전 장치(2)로부터 수신하거나 한다. 또한, 제어부(14)는 스위칭 제어 신호를 생성하여 인버터(123)의 스위칭 제어를 행하고, 지상측 코일 유닛(11)에 공급하는 전력을 제어한다.

수전 장치(2)는 차량측 코일 유닛(21)과, 정류부(22)와, 릴레이부(23)와, 배터리(24)와, 인버터(25)와, 모터(26)와, 무선 통신부(27)와, 충전 제어부(28)를 구비한다.

차량측 코일 유닛(21)은 차량(20)이 주차 스페이스(10)의 규정 위치에 적정하게 주차되면, 지상측 코일 유닛(11)과 소정 거리 이격되어 서로 대향하도록, 차량(20)의 저부에 배치된다. 차량측 코일 유닛(21)은 지상측 코일 유닛(11)에 전력 제어부(12)로부터 전력이 공급되면, 지상측 코일 유닛(11)과의 사이에서 자기적인 결합이 발생하고, 전자기 유도에 의해 지상측 코일 유닛(11)으로부터 비접촉 전력 전송된다. 즉, 차량측 코일 유닛(21)은 지상측 코일 유닛(11)으로부터 비접촉으로 수전한다.

정류부(22)는 차량측 코일 유닛(21)에 있어서 수전된 교류 전력을 직류로 정류하는 회로이다. 릴레이부(23)는 충전 제어부(28)에 의한 제어에 따라 온/오프가 전환되는 릴레이 스위치를 구비한다. 릴레이부(23)는 릴레이 스위치를 오프로 함으로써, 배터리(24)측과 정류부(22)측을 분리한다. 배터리(24)는 서로 접속된 복수의 이차 전지로 구성되고, 차량(20)의 동력원이 된다.

인버터(25)는 IGBT 등의 스위칭 소자를 갖는 PWM 제어 회로를 포함하는 전력 변환 회로이다. 인버터(25)는 스위칭 제어 신호에 기초하여 스위칭 소자의 온/오프를 전환함으로써, 배터리(24)로부터 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하고, 차량(20)의 구동력으로서 모터(26)에 공급한다. 모터(26)는, 예를 들어 삼상의 교류 전동기로 구성된다.

무선 통신부(27)는 충전 제어부(28)에 의한 제어에 따라, 급전 장치(1)의 무선 통신부(13)와 쌍방향 통신을 행하는 통신기이다.

충전 제어부(28)는 수전 장치(2)의 동작을 제어하는 제어 회로이다. 충전 제어부(28)는 주로 배터리(24)를 충전하기 위한, 차량측 코일 유닛(21)을 사용한 수전 동작을 제어한다. 충전 제어부(28)는 급전의 개시를 요구하는 신호를, 무선 통신부(27, 13)를 통해, 제어부(14)로 송신함으로써, 급전 장치(1)에, 지상측 코일 유닛(11)으로부터의 급전을 개시시킨다. 충전 제어부(28)는 정류부(22) 및 릴레이부(23)를 제어함으로써, 차량측 코일 유닛(21)에 있어서 지상측 코일 유닛(11)으로부터 수전한 전력을 배터리(24)에 공급하여 배터리(24)를 충전한다.

-코일 유닛-

제1 실시 형태에 관한 코일 유닛인 지상측 코일 유닛(11)은, 도 2a 내지 도 2c에 나타낸 바와 같이 연직 방향을 따르는 코일축(O)을 갖는 코일(3)과, 절연층(4)과, 자성 코어(5)와, 베이스 플레이트(6)와, 커버(7)를 구비한다.

코일(3)은 도 3a 및 도 3b에 나타낸 바와 같이, 코일축(O)을 법선으로 하는 제1 평면(P) 위에, 코일축(O)을 중심으로 하는 내외 방향(S)에 있어서 배열되도록 깔린 도선(31)을 포함한다. 즉, 내외 방향(S)은 도선(31)이 배열되는 방향이다. 도선(31)은 코일축(O) 방향으로 볼 때, 직사각형 와권형으로 복수회 감김으로써, 대략 직사각형의 환형 영역을 차지한다. 도선(31)은 리츠선 등에 의해 구성된다.

자성 코어(5)는 제1 평면(P)을 따라 인접하는 제2 평면(Q) 위에 배열된 복수의 자성체판(51)을 포함한다. 자성 코어(5)는 코일축(O) 방향으로 볼 때 코일(3)을 내포한다. 복수의 자성체판(51)은 각각 직사각형 평판형이다. 복수의 자성체판(51)은, 예를 들어 코일축(O) 방향(Z축 방향)에서 볼 때 직사각 형상의 수지제 트레이(도시 생략)의 저판 위에 깔림으로써 배열된다. 자성 코어(5)는, 도 3b에 나타낸 바와 같이 코일(3)의 하방에 발생하는 자속 M을 내부에 수집한다.

자성 코어(5)는 시트상의 절연층(4)을 통해 코일(3)을 지지한다. 절연층(4)은 코일(3)과 자성 코어(5) 사이를 절연한다. 절연층(4)은 수지 등의 절연 재료를 포함한다. 절연층(4)은 자성 코어(5)를 수용하는 트레이의 덮개여도 된다. 절연층(4)은 도선(31)의 피복이나 자성 코어(5)의 피복에 의해, 도선(31)과 자성 코어(5) 사이가 충분히 절연되면 생략되어도 된다. 자성 코어(5) 및 절연층(4) 중, 도선(31)을 권취 개시하는 위치 및 권취 종료하는 위치에 대응하는 영역 D는 코일(3)의 양단으로부터 배선을 인출할 수 있도록 제거된다.

복수의 자성체판(51)의 서로간의 간극(50)은 제2 평면(Q) 위에 있어서, 서로 직교하는 2축 방향(X축 방향 및 Y축 방향)으로 연신된다. 복수의 자성체판(51)은 도선(31)의 연신 방향 T를 따라 연신되는 간극(50)이 코일(3)의 내외 방향(S)에 있어서의 단부(3E) 부근에 위치하도록 배열된다. 즉, 복수의 자성체판(51)에 의해 형성되는 코일(3)의 내외 방향(S)을 가로지르는 간극(50)은 코일(3)의 내외 방향(S)에 있어서의 단부(3E) 부근에 위치한다.

베이스 플레이트(6)는 도시를 생략한 지지 부재를 통해, 자성 코어(5)를 지지한다. 베이스 플레이트(6)는 직사각형 평판형이고, 알루미늄 등의 금속 재료를 포함한다. 베이스 플레이트(6)는 코일(3) 및 자성 코어(5)에 의해 발생하는 열을 방산하는 방열판으로서 기능할 수 있다. 코일(3) 및 자성 코어(5) 등은 베이스 플레이트(6)의 상방에 배치된 상태에서, 커버(7)에 의해 덮인다.

여기서, 도 4a에 나타낸 바와 같이, 코일축(O) 방향으로 볼 때, 도선(31) 중, A주째의 도선(31-A)과 B주째의 도선(31-B) 사이에 위치하는 간극(50)의 전위 v_C를 생각한다. 도선(31)은 코일(3)의 양단 사이에 전위차가 발생할 때, 그 위치마다 상이한 전위를 갖는다. 도선(31-A)과 도선(31-B) 사이의, 간극(50)을 경유하는 전기력선은, 도 4a에 나타낸 바와 같이 도선(31-A)의 하방에 위치하는 절연층(4) 및 자성체판(51)과, 간극(50)과, 도선(31-B)의 하방에 위치하는 자성체판(51) 및 절연층(4)을 통과한다.

도 4b는 도 4a에 나타내는 전기력선에 대응하는 등가 회로이다. 도 4b에 나타내는 등가 회로는 도선(31-A)의 하방에 위치하는 절연층(4)에 의한 용량 C_a 및 자성체판(51)에 의한 용량 C_b와, 간극(50)에 의한 용량 C_c와, 도선(31-B)의 하방에 위치하는 절연층(4)에 의한 용량 C_d 및 자성체판(51)에 의한 용량 C_e의 직렬 회로이다. v_A는 도선(31-A)의 전위, v_B는 도선(31-B)의 전위를 의미한다. v_A와 v_B 사이의 전위차를 v라고 하면, 도선(31-A)과 도선(31-B) 사이에 위치하는 간극(50)의 전위 v_c는 식 (1)과 같이 표현된다.

간극(50)의 전계 E_c는 간극(50)의 간격을 d라고 하면, 식 (2)와 같이 표현된다.

여기서, 도선(31)의 연신 방향 T를 따라, 코일축(O) 방향으로 볼 때 코일(3)과 겹치는 영역에 위치하는 간극(50)의 전계 E_c에 대하여 설명한다. 코일(3)의 권취수를 2n, 간극(50)의 위치를 k라고 정의한다. k는 간극(50)이 1주째의 도선(31-1)과 2주째의 도선(31-2) 사이에 위치하는 경우, 1이고, 2주째의 도선(31-2)과 3주째의 도선(31-3) 사이에 위치하는 경우, 2이다. 즉, k는 N주째의 도선과 N＋1주째의 도선 사이에 간극(50)이 위치하는 경우, N이다.

우선, 도 5a에 나타낸 바와 같이, n＝2(코일(3)의 권취수 4), k＝1인 경우, 간극(50)의 전계 E_c를 생각한다. 간극(50)을 통과하는 전기력선은, 도 5a에 나타낸 바와 같이 도선(31-1)과, 다른 도선(31-2) 내지 도선(31-4) 각각의 사이에 발생한다.

도선(31-1) 및 도선(31-2)에 의한 전계 E_c12, 도선(31-1) 및 도선(31-3)에 의한 전계 E_c13, 도선(31-1) 및 도선(31-4)에 의한 전계 E_c14라고 하면, 간극(50)의 각 전계는 식 (3) 내지 (5)와 같이 표현된다.

단, v₁₂는 도선(31-1)과 도선(31-2) 사이의 전위차, v₁₃은 도선(31-1)과 도선(31-3) 사이의 전위차, v₁₄는 도선(31-1)과 도선(31-4) 사이의 전위차이다. Δv는 내외 방향(S)에 있어서 인접하는 도선(31)의 전위의 변화량이다. 또한, K는 식 (6)과 같이 표현된다.

이상으로부터, n＝2, k＝1일 때, 간극(50)의 전계 E_c는 식 (7)과 같이 표현된다.

계속해서, 도 5b에 나타낸 바와 같이, n＝2, k＝2인 경우의, 간극(50)의 전계 E_c를 생각한다. 간극(50)을 통과하는 전기력선은, 도 5b에 나타낸 바와 같이 도선(31-1)과 도선(31-3) 및 도선(31-4) 각각과의 사이, 도선(31-2)과 도선(31-3) 및 도선(31-4) 각각과의 사이에 각각 발생한다.

도선(31-1) 및 도선(31-3)에 의한 전계 E_c13, 도선(31-1) 및 도선(31-3)에 의한 전계 E_c13, 도선(31-1) 및 도선(31-4)에 의한 전계 E_c14, 도선(31-2) 및 도선(31-3)에 의한 전계 E_c23, 도선(31-2) 및 도선(31-4)에 의한 전계 E_c24라고 하면, 간극(50)의 각 전계는 식 (8) 내지 (11)과 같이 표현된다.

이상으로부터, n＝2, k＝2일 때, 간극(50)의 전계 E_c는 식 (12)와 같이 표현된다.

마찬가지로, 도 6a에 나타낸 바와 같이, n＝3(코일(3)의 권취수 6), k＝1인 경우, 간극(50)의 전계 E_c를 생각한다. 이때, 간극(50)의 양측에 위치하는 도선(31)에 의한 전계 E_c는 15KΔv가 된다. 도 6b에 나타낸 바와 같이, n＝3, k＝2인 경우, 간극(50)의 전계 E_c는 24KΔv가 된다. 또한, 도 6c에 나타낸 바와 같이, n＝3, k＝3인 경우, 간극(50)의 전계 E_c는 27KΔv가 된다.

코일(3)의 권취수가 2n, 간극(50)의 위치가 k일 때, 간극(50)에 인가되는 전계 E_c는 식 (13)과 같이 표현된다.

도 7은 n이 2부터 15까지의 각 코일(3)을 갖는 코일 유닛에 있어서, k에 대한 간극(50)의 전계 E_c의 일례이고, 인접 리츠선간 전위차를 1V, 등가 회로의 합성 용량을 1로 한 상대값 계산 결과를 나타내는 도면이다. 각 전계 E_c는 k에 대하여 단조 증가이고, 식 (14)에 나타낸 바와 같이, n＝k일 때에 최댓값 E_max가 된다.

이와 같이, 간극(50)의 전계 E_c는 도선(31)의 연신 방향 T를 따르는 간극(50)이 코일축(O) 방향으로 볼 때 코일(3)과 겹치는 경우, 코일(3)의 내외 방향(S)에 있어서의 중앙에 있어서 대략 최대가 된다. 즉, 간극(50)은 코일(3)의 내외 방향(S)에 있어서의 중앙에 위치할수록 절연 파괴의 가능성이 높아진다. 따라서, 도선(31)의 연신 방향 T를 따르는 간극(50)은 코일축(O) 방향으로 볼 때 코일(3)과 겹치는 경우, 코일(3)의 내외 방향(S)에 있어서의 중앙부를 제외한, 단부(3E) 부근의 영역에 위치한다.

도 8은 n＝8(권취수 16)의 코일(3)을 갖는 코일 유닛에 있어서, 소정의 조건 하(6㎾ 여자 상당의 간략 모델을 사용한 계산 결과)에서의, k마다의 간극(50)의 전계 E_c를 나타내는 도면이다. k＝0 내지 16은 각각 내외 방향(S)에 있어서의 외측의 단부(3E)로부터 내측의 단부(3E)까지의 사이에 간극(50)이 위치하는 경우를 의미한다. k＝17 내지 32는 각각, 코일축(O)을 통해 대향하는 측의, 내외 방향(S)에 있어서의 내측의 단부(3E)로부터 외측의 단부(3E)까지의 사이에 간극(50)이 위치하는 경우를 의미한다.

일반적으로, 파셴의 법칙에 의해 방전이 일어난다고 여겨지는 전계는 4MV/m이기 때문에, 간극(50)은 전계 E_c가 대략 4MV/m 미만이 되는 위치에 형성될 필요가 있다. 도 8에 있어서, 4MV/m 미만이 되는 영역을 GA 및 GB로 나타낸다. 영역 GA 및 GB 중, 코일(3)과 겹치는 범위는 대략 각 단부(3E)로부터 코일(3)의 내외 방향(S)에 있어서의 중앙측으로 35％ 정도의 영역이다. 이 경우, 「단부(3E) 부근」이란, 단부(3E)로부터 코일(3)의 내외 방향(S)에 있어서의 중앙측으로 대략 35％ 미만의 영역을 말한다.

또한, 도 8에 나타낸 바와 같이, 내외 방향(S)에 있어서의 내측의 단부(3E) 부근에 위치하는 영역 GB는 영역 GA에 비해 전계 E_c가 높은 경향이 있다. 이것은, 서로 대향하는 측의 각 도선(31)의 전위 영향에 의한 것이다. 도 2a 등에 나타낸 바와 같이, 서로 직교하는 2축 방향(X축 방향 및 Y축 방향)을 따르는 간극(50) 중, 각각 가장 외측에 위치하는 합계 4개의 간극(50)은 각각, 코일(3)의 내외 방향(S)에 있어서의 외측의 단부(3E) 부근에 위치한다. 이로 인해, 간극(50)은 코일(3)의 내외 방향(S)에 있어서의 내측의 단부(3E) 부근에 위치하는 경우에 비해, 대향측의 도선(31)에 의한 영향을 저감시킬 수 있다.

도 9는 간극(50)의 간격 d와 기압 ρ의 곱과, 방전 개시 전압 Vs의 관계를 나타내는 파셴 곡선이다. 기압 ρ 일정에서 간격 d를 크게 하면, 어느 간격 d에서 방전 개시 전압 Vs는 최솟값 Vsmin이 된다. 따라서, 간격 d는 방전 개시 전압 Vs가 최솟값 Vsmin 부근의 값이 되지 않도록 설계될 필요가 있다.

도 10에 나타낸 바와 같이, 복수의 자성체판(51)은 각각 표면에 코팅(52)이 형성될 수 있다. 코팅(52)은, 예를 들어 수지 재료 등의 비금속을 포함하고, 자성체판(51)의 깨짐을 방지할 목적으로 형성된다. 각각 코팅(52)이 형성된 복수의 자성체판(51)은, 예를 들어 자성 코어(5)를 수용하는 트레이에 의해, 서로의 변이 접하도록 고정된다.

이 경우, 간격 d는 자성체판(51) 사이의 거리, 즉 코팅(52)의 두께의 2배 정도로서 정의된다. 이 경우의 방전 개시 전압(절연 파괴 개시 전압) Vs는, 예를 들어 코팅(52)의 재료 및 간격 d, 혹은 실험에 의해 결정될 수 있다.

이상과 같이, 제1 실시 형태에 관한 코일 유닛에 의하면, 간극(50)이, 절연 파괴가 발생하는 전계가 될 수 있는 영역을 제외한, 단부(3E) 부근의, 영역 GA 및 GB에 대응하는 위치에 형성된다. 따라서, 제1 실시 형태에 관한 코일 유닛에 의하면, 간극(50)이 비교적 전계 강도가 낮은 위치에 형성됨으로써, 자성체판(51) 사이의 전위차를 저감시킬 수 있고, 자성체판(51) 사이의 절연 파괴의 리스크를 저감시킬 수 있다.

또한, 제1 실시 형태에 관한 코일 유닛에 의하면, 코일축(O) 방향으로 볼 때 코일(3)과 겹치는 간극(50)이, 코일(3)의 내외 방향(S)에 있어서의 외측 단부(3E) 부근에 위치한다. 이에 의해, 제1 실시 형태에 관한 코일 유닛에 의하면, 간극(50)이 코일(3)의 내외 방향(S)에 있어서의 내측의 단부(3E) 부근에 위치하는 경우에 비해, 대향측의 도선(31)에 의한 영향을 저감시키고, 간극(50)의 전계 E_c를 저감시킬 수 있다.

또한, 제1 실시 형태에 관한 코일 유닛에 의하면, 코일축(O) 방향으로 볼 때, 코일(3)을 내외 방향(S)으로 가로지르는 간극(50)을 갖는다. 코일(3)을 내외 방향(S)으로 가로지르는 간극(50)은 도선(31)의 전위에 의한 영향을 받기 어렵기 때문에, 비교적 절연 파괴의 리스크가 낮다. 따라서, 제1 실시 형태에 관한 코일 유닛에 의하면, 자성체판(51) 사이의 절연 파괴의 리스크를 저감시킬 수 있다.

(제1 변형예)

도 11a 및 도 11b는 제1 실시 형태의 제1 변형예에 관한 코일 유닛인 지상측 코일 유닛(11A)을 설명하는 도면이다. 지상측 코일 유닛(11A)에 있어서, Y축 방향을 따르는 간극(50) 중 가장 외측에 위치하는 2개의 간극(50)은 각각, 코일축(O) 방향으로 볼 때 코일(3)의 내외 방향(S)에 있어서의 외측에 위치한다.

또한, Y축 방향을 따르는 간극(50) 중 내측에 위치하는 2개의 간극(50)은 각각, 코일축(O) 방향으로 볼 때 코일(3)의 내측의 단부(3E)에 겹친다. X축 방향을 따르는 간극(50) 중 가장 외측에 위치하는 2개의 간극(50)은 각각, 코일축(O) 방향으로 볼 때 코일(3)의 외측의 단부(3E)에 겹친다.

도 8에 나타낸 바와 같이, 전계 E_c는 간극(50)이 코일(3)의 외측에 위치하는 경우, 간극(50)이 코일(3)과 겹치는 영역에 비해 낮아진다. 또한, 전계 E_c는 간극(50)이 코일(3)의 단부(3E)에 겹치는 경우, 간극(50)이 코일(3)과 겹치는 다른 영역에 비해 낮아진다. 이와 같이, 간극(50)은 코일축(O) 방향으로 볼 때 코일(3)의 외측에 위치하도록 형성되어도 되고, 코일축(O) 방향으로 볼 때 코일(3)의 단부(3E)에 겹치도록 형성되어도 된다.

(제2 변형예)

도 12는 제1 실시 형태의 제2 변형예에 관한 코일 유닛인 지상측 코일 유닛(11B)을 설명하는 도면이다. 지상측 코일 유닛(11B)이 구비하는 자성 코어(5)에 있어서, 대략 직사각 형상의 코일(3)의 4개의 만곡부(코너부)에 대응하는 영역은 각각 일체의 자성체판(51)에 의해 구성된다. 즉, 간극(50)은 코일축(O) 방향으로 볼 때, 코일(3) 중 4개의 만곡부를 제외한 영역에 형성된다. 코일(3)의 만곡부는 도선(31)이 만곡하여 연신되는 부분이고, 만곡부 이외의 부분은 도선(31)이 직선상으로 연신되는 부분이다.

도 12에 나타낸 바와 같이, 코일축(O) 방향으로 볼 때, 자속 M은 대략 내외 방향(S)을 따라 형성된다. 도선(31)에 의해 형성되는 전기력선도 마찬가지로, 대략 내외 방향(S)을 따라 형성된다. 코일(3)의 만곡부에서는 전기력선의 방향의 정의가 복잡하지만, 간극(50)의 전계 E_c를 고려하기 위한 전기력선은 대략 도선(31)의 연신 방향 T에 직교하는 내외 방향(S)이 된다. 따라서, 코일(3)의 만곡부에 있어서 일체의 자성체판(51)을 사용함으로써, 전기력선의 방향의 정의가 용이해지고, 전계 E_c의 설계가 용이해진다.

(제3 변형예)

도 13a 및 도 13b는 제1 실시 형태의 제3 변형예에 관한 코일 유닛인 차량측 코일 유닛(21)을 설명하는 도면이다. 이와 같이, 제1 실시 형태에 관한 코일 유닛은 도 1에 나타내는 차량측 코일 유닛(21)에도 적용 가능하다. 이하에 있어서, 도 13b에 나타낸 바와 같이, 코일(3a)의 하방에 자성 코어(5a)가 위치하는 상태를 설명하지만, 실제로 차량(20)에 설치되는 경우, 차량측 코일 유닛(21)은 도 13b에 나타내는 상태로부터 상하 방향(Y축 방향)에 있어서 반전된다.

차량측 코일 유닛(21)은 연직 방향을 따르는 코일축(O)을 갖는 코일(3a)과, 절연층(4a)과, 자성 코어(5a)와, 베이스 플레이트(6a)와, 커버(7a)를 구비한다. 이하에 있어서 설명하지 않은 코일(3a), 절연층(4a), 자성 코어(5a), 베이스 플레이트(6a) 및 커버(7a)의 다른 구성, 작용 및 효과는 각각 상술한 코일(3), 절연층(4), 자성 코어(5), 베이스 플레이트(6) 및 커버(7)와 실질적으로 마찬가지이다.

코일(3a)은, 도 13a 및 도 13b에 나타낸 바와 같이 코일축(O)을 법선으로 하는 제1 평면(P) 위에, 코일축(O)을 중심으로 하는 내외 방향(S)에 있어서 배열되도록 깔린 도선(31a)을 포함한다. 도선(31a)은 코일축(O) 방향으로 볼 때 정사각형 와권형으로 복수회 감김으로써, 대략 정사각형의 환형 영역을 차지한다.

자성 코어(5a)는 코일축(O) 방향으로 볼 때의 중앙부인 공간 H를 제외하고, 제2 평면(Q) 위의 정사각형의 환형 영역에 배열된 복수의 자성체판(51a)과, 복수의 자성체판(51a)의 상방으로부터 공간 H를 폐색하도록 배치된 자성체판(53)을 구비한다. 복수의 자성체판(51) 및 자성체판(53)은 각각 직사각형 평판형이다. 복수의 자성체판(51a)은 코일축(O) 방향으로 볼 때 코일(3)을 내포한다. 자성체판(53)은 코일(3a)의 내측에 있어서 코일(3a)과 이격되도록 배치된다. 절연층(4a)은 코일(3a)과 복수의 자성체판(51a) 사이를 절연한다.

복수의 자성체판(51a)의 서로간의 간극(50a)은, 제2 평면(Q) 위에 있어서, 서로 직교하는 2축 방향(X축 방향 및 Y축 방향)으로 연신된다. 복수의 자성체판(51a)은 도선(31a)의 연신 방향 T를 따라 연신되는 간극(50a)이, 코일(3a)의 내외 방향(S)에 있어서의 단부(3aE) 부근에 위치하도록 배열된다. 즉, 복수의 자성체판(51a)에 의해 형성되는 코일(3a)의 내외 방향(S)을 가로지르는 간극(50a)은 코일(3a)의 내외 방향(S)에 있어서의 단부(3aE) 부근에 위치한다.

복수의 자성체판(51a) 및 자성체판(53)에 의해 형성된 공간 H는, 예를 들어 캐패시터 등을 포함하는 수전측의 공진 회로를 수용한다. 차량(20)측에서는, 공진 회로 등을 수용하는 스페이스가 제한되지만, 공간 H가 회로를 수용하는 스페이스로서 기능함으로써, 차량(20)측의 스페이스를 유효하게 이용할 수 있다.

(제2 실시 형태)

제2 실시 형태에 관한 코일 유닛인 지상측 코일 유닛(11C)은, 도 14에 나타낸 바와 같이 복수의 자성체판(51)의 치수가 서로 동일한 점에서 제1 실시 형태와 상이하다. 제2 실시 형태에 있어서 설명하지 않은 다른 구성, 작용 및 효과는 제1 실시 형태와 실질적으로 마찬가지이다.

자성 코어(5)는 길이 Lc 및 폭 Wc를 갖는다. 도 14에 나타내는 예에 있어서, 복수의 자성체판(51)의 길이 Ld는 Lc/4이고, 폭 Wd는 Wc/5이다. 이와 같이, 지상측 코일 유닛(11C)이 구비하는 복수의 자성체판(51)은 서로 동일한 치수를 갖는다. 따라서, 자성체판(51)을 제조하기 위한 형은 1종류뿐이어도 되고, 제조 공정의 간략화가 가능함과 함께, 제조 비용의 저감이 가능하다.

복수의 자성체판(51)의 내외 방향(S)에 있어서의 각 치수는 복수의 자성체판(51)의 최외주 단부, 즉, 자성 코어(5)의 외주단으로부터 코일(3)의 외측 단부(3E)까지의 거리 Pa와, 코일(3)의 내외 방향(S)에 있어서의 폭 Ww의 합과 동일 정도이다. 즉, 도 14에 나타낸 바와 같이, 예를 들어 Y축 방향에 있어서, 자성체판(51)의 폭 Wd는 자성 코어(5)의 외주단으로부터 코일(3)의 외측 단부(3E)까지의 거리 Pa와, 코일(3)의 내외 방향(S)에 있어서의 폭 Ww의 합과 동일 정도이다.

이에 의해, 각각 가장 외측에 위치하는 합계 4개의 간극(50)은 각각, 코일(3)의 내외 방향(S)에 있어서의 내측의 단부(3E) 부근에 위치한다. 즉, 자성체판(51)의 내외 방향(S)에 있어서의 치수가 거리 Pa와 폭 Ww의 합과 동일 정도인 것은 자성 코어(5)의 외주단을 따르고, 자성 코어(5)의 외주단에 가장 가까운 간극(50)이, 코일(3)의 내측 단부(3E) 부근에 위치하는 것을 의미한다.

이와 같이, 제2 실시 형태에 관한 코일 유닛에 의하면, 자성체판(51)의 내외 방향(S)에 있어서의 치수가 거리 Pa와 폭 Ww의 합과 동일 정도인 것에 의해, 간극(50)의 위치의 관리가 용이하다. 따라서, 제2 실시 형태에 관한 코일 유닛에 의하면, 자성체판(51) 사이의 전위차를 저감시킬 수 있고, 자성체판(51) 사이의 절연 파괴의 리스크를 저감시킬 수 있다.

또한, 제2 실시 형태에 관한 코일 유닛에 의하면, 복수의 자성체판(51)이 서로 동일한 치수를 가짐으로써, 제조 공정의 간략화가 가능함과 함께, 제조 비용의 저감이 가능하다.

(변형예)

도 15는 제2 실시 형태의 변형예에 관한 코일 유닛인 지상측 코일 유닛(11D)을 설명하는 도면이다. 지상측 코일 유닛(11D)은 코일축(O) 방향으로 볼 때 정사각 형상인 점에 있어서, 상술한 지상측 코일 유닛(11C)과 상이하다.

자성 코어(5)는 길이 Lc 및 폭 Wc를 갖고, Lc＝Wc이다. 도 15에 나타내는 예에 있어서, 복수의 자성체판(51)의 길이 Ld는 Lc/5이고, 폭 Wd는 Wc/5이다. 즉, 복수의 자성체판(51)은 서로 동일한 치수를 갖는다.

이 경우도 마찬가지로, 자성체판(51)의 내외 방향(S)에 있어서의 치수가 거리 Pa와 폭 Ww의 합과 동일 정도인 것에 의해, 간극(50)의 위치의 관리가 용이하고, 자성체판(51) 사이의 전위차를 저감시켜 자성체판(51) 사이의 절연 파괴의 리스크를 저감시킬 수 있다.

(제3 실시 형태)

제3 실시 형태에 관한 코일 유닛인 지상측 코일 유닛(11E)은, 도 16에 나타낸 바와 같이 4개의 자성체판(51)의 각 코너부가 1개소에 집중되지 않는 점에서 제1 및 제2 실시 형태와 상이하다. 제3 실시 형태에 있어서 설명하지 않은 다른 구성, 작용 및 효과는 제1 및 제2 실시 형태와 실질적으로 마찬가지이다.

복수의 자성체판(51)은, 예를 들어 X축 방향에 있어서의 일단측으로부터 홀수번째의 2열의 자성체판(51)과, 짝수번째의 2열의 자성체판(51)으로 구성된다. 도 16에 나타내는 예에 있어서, 홀수열의 자성체판(51)의 치수는 서로 동일하고, 길이 Ld＝Lc/4 및 폭 Wd1＝Wc/6을 갖는다. 짝수열의 자성체판(51)의 치수는 서로 동일하고, 길이 Ld＝Lc/4 및 폭 Wd2＝Wc/5를 갖는다.

즉, 홀수열의 자성체판(51) 및 짝수열의 자성체판(51)의 Y축 방향에 있어서의 각 치수 Wd1, Wd2는 자성 코어(5)의 Y축 방향에 있어서의 치수 Wc를, 서로의 차가 1이 되는 정수로 나눈 몫이다. 이에 의해, X축 방향을 따르는 간극(50)은 X축 방향에 있어서 번갈아 형성된다.

또한, Ld, Wd1 및 Wd2 각각은, 자성 코어(5)의 외주단으로부터 코일(3)의 외측 단부(3E)까지의 거리 Pa, 코일(3)의 내외 방향(S)에 있어서의 폭 Ww와 동일 정도이다. 자성 코어(5)의 길이 Lc 및 폭 Wc를 나누는 정수는, 이 조건을 만족시키도록 결정된다. 이에 의해, 자성 코어(5)의 외주단을 따라, 자성 코어(5)의 외주단에 가장 가까운 간극(50)이, 코일(3)의 내측 단부(3E) 부근에 위치한다.

도 17a에 나타낸 바와 같이, 서로 직교하는 방향을 따르는 2개의 간극(50)이 접하는 점 J에 있어서, 3개의 자성체판(51-1 내지 51-3)이 서로 접하도록 배열된다. 자성체판(51-1 내지 51-3)은 복수의 자성체판(51) 중 서로 인접하는 3개의 자성체판(51)이다. 자성체판(51-1) 및 자성체판(51-2)과, 자성체판(51-3)은 X축 방향에 있어서 인접한다. 즉, 복수의 자성체판(51)은 자성체판(51-1)의 하나의 코너부와, 자성체판(51-2)의 하나의 코너부가, 자성체판(51-3)의 하나의 변에 있어서, 서로 접하도록 배열된다.

한편, 도 17b에 나타낸 바와 같이, 2개의 간극(50)이 서로 직교하는 점 J에 있어서, 4개의 자성체판(51)이 각 코너부에 있어서 서로 접하도록 배열되는 상태에서는, 간극(50)의 간격 d의 관리가 곤란한 경우가 있다. 또한, 4개의 자성체판(51)의 각 코너부가 집중됨으로써, 전계 집중이 발생할 가능성이 있다.

제3 실시 형태에 관한 코일 유닛에 의하면, 간극(50)의 간격 d의 관리가 용이함과 함께, 자성체판(51)의 코너부에 있어서의 전계 집중을 저감시킬 수 있다. 이에 의해, 제3 실시 형태에 관한 코일 유닛에 의하면, 자성체판(51) 사이의 전위차를 저감시켜 자성체판(51) 사이의 절연 파괴의 리스크를 저감시킬 수 있다.

(제4 실시 형태)

제4 실시 형태에 관한 코일 유닛인 지상측 코일 유닛(11F)은, 도 18a 및 도 18b에 나타낸 바와 같이, 커버(7)를 지지하는 지지 기둥(45)을 구비하는 점에서 제1 내지 제3 실시 형태와 상이하다. 제4 실시 형태에 있어서 설명하지 않은 다른 구성, 작용 및 효과는 제1 내지 제3 실시 형태와 실질적으로 마찬가지이다.

지상측 코일 유닛(11F)은, 도 18b에 나타낸 바와 같이 베이스 플레이트(6) 위에 배치되고, 자성 코어(5)를 지지하는 절연층(41)을 구비한다. 절연층(41)은, 예를 들어 수지 재료를 포함하는 직사각형 평판이고, 자성 코어(5)와 대략 동일한 평면 패턴을 갖는다. 절연층(41)은 상면의 중앙부에 있어서 지지 기둥(45)의 하면을 지지한다.

이로 인해, 자성 코어(5) 및 절연층(4)은 코일축(O) 방향으로 볼 때 중앙부에 있어서, 상면부터 하면으로 관통하는 직사각 형상의 관통 구멍을 갖는다. 코일축(O) 방향으로 볼 때, 자성 코어(5)의 관통 구멍과 지지 기둥(45)은 대략 동일 형상이다. 지지 기둥(45)은 자성 코어(5)의 관통 구멍을 통해, 절연층(41)의 상면과 커버(7)의 하면에 접하도록 배치된다. 지지 기둥(45)은, 예를 들어 코일축(O)이 자신의 중심을 지나도록 배치된다.

자성 코어(5)는 직사각 형상의 관통 구멍의 4변으로부터 각각 X축 방향 및 Y축 방향으로 연신되도록 형성된 간극(50)을 갖는다. 즉, 자성 코어(5)의 관통 구멍의 X축 방향을 따르는 치수를 Wh, Y축 방향을 따르는 치수를 Lh라고 하면, 복수의 자성체판(51)은 지지 기둥(45)의 Y축 방향 및 X축 방향 각각에 있어서, 길이 Lh를 갖는 자성체판(51)과, 폭 Wh를 갖는 자성체판(51)을 갖게 된다.

길이 Lh를 갖는 자성체판(51) 및 폭 Wh를 갖는 자성체판(51)을 제외한 다른 자성체판(51)의 길이를 Ld, 폭을 Wd라고 한다. Ld는 (Lc-Lh)/2를 정수로 나눈 몫이다. Wd는 (Wc-Wh)/2를 정수로 나눈 몫이다. Ld 및 Wd는 자성 코어(5)의 외주단으로부터 코일(3)의 외측 단부(3E)까지의 거리 Pa, 코일(3)의 내외 방향(S)에 있어서의 폭 Ww와 동일 정도이다. Ld 및 Wd 각각은, 이 조건을 만족시키도록 결정된다. 이에 의해, 자성 코어(5)의 외주단을 따라, 자성 코어(5)의 외주단에 가장 가까운 간극(50)이 코일(3)의 내측 단부(3E) 부근에 위치한다.

제4 실시 형태에 관한 코일 유닛에 의하면, 코일축(O)에 대응하도록 배치된 지지 기둥(45)에 의해, 기계적 강도를 향상시킬 수 있다. 지상측 코일 유닛(11F)은 차량(20)에 밟힐 가능성이 있지만, 지지 기둥(45)을 구비함으로써, 파괴될 가능성을 저감시킬 수 있다.

또한, 제4 실시 형태에 관한 코일 유닛에 의하면, 거리 Pa와 폭 Ww의 합과 동일 정도의 내외 방향(S)에 있어서의 치수를 갖는 자성체판(51)을, 자성 코어(5)의 외주단에 있어서 구비함으로써, 간극(50)의 위치의 관리가 용이하다. 따라서, 제4 실시 형태에 관한 코일 유닛에 의하면, 자성체판(51) 사이의 전위차를 저감시킬 수 있고, 자성체판(51) 사이의 절연 파괴의 리스크를 저감시킬 수 있다.

(그 밖의 실시 형태)

상기와 같이 본 발명을 상기한 실시 형태에 의해 기재했지만, 이 개시의 일부를 이루는 논술 및 도면은 본 발명을 한정하는 것이라고 이해해서는 안된다. 이 개시로부터 당업자에게는 다양한 대체 실시 형태, 실시예 및 운용 기술이 명확해질 것이다.

예를 들어, 이미 설명한 제1 내지 제4 실시 형태에 있어서, 코일(3)은 코일축(O) 방향으로 볼 때, 대략 직사각형 환형을 갖고 있었지만, 코일(3)의 형상은 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도선(31)이 연신 방향 T에 직교하는 방향으로 배열되는 경우, 배열되는 방향이 내외 방향(S)에 대응한다. 이 경우, 배열된 도선(31)에 인접하는 복수의 자성체판(51)은, 도선(31)이 배열되는 방향을 가로지르고, 또한 코일(3)의 단부(3E) 부근에 위치하는 간극(50)을 형성하도록 배열되면 된다.

그 밖에, 상기한 각 구성을 서로 응용한 구성 등, 본 발명은 여기서는 기재하지 않은 다양한 실시 형태 등을 포함하는 것은 물론이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 상기한 설명으로부터 타당한 특허 청구 범위에 관한 발명 특정 사항에 의해서만 정해지는 것이다.

1 : 급전 장치
2 : 수전 장치
3, 3a : 코일
3E, 3aE : 단부
11, 11A 내지 11F : 지상측 코일 유닛(코일 유닛)
21 : 차량측 코일 유닛(코일 유닛)
31, 31a : 도선
50, 50a : 간극
51, 51a : 자성체판
51-1 : 자성체판(제1 자성체판)
51-2 : 자성체판(제2 자성체판)
51-3 : 자성체판(제3 자성체판)
O : 코일축
P : 제1 평면
Q : 제2 평면
S : 내외 방향

Claims

비접촉 급전에 사용되는 코일 유닛이며,
코일축을 법선으로 하는 제1 평면 위에, 상기 코일축을 중심으로 하는 내외 방향에 있어서 배열되도록 깔린 도선을 포함하는 코일과,
상기 제1 평면을 따라 인접하는 제2 평면 위에 배열된 복수의 자성체판을 구비하고,
상기 복수의 자성체판에 의해 형성되는 상기 코일의 상기 내외 방향을 가로지르는 간극은, 상기 코일의 상기 내외 방향에 있어서의 단부 부근에 위치하는 것을 특징으로 하는 코일 유닛.
제1항에 있어서, 상기 간극은, 상기 코일의 상기 내외 방향에 있어서의 외측 단부 부근에 위치하는 것을 특징으로 하는 코일 유닛.
제1항에 있어서, 상기 복수의 자성체판은, 각각 직사각 형상의 제1 자성체판, 제2 자성체판 및 제3 자성체판을 포함하고, 상기 제1 자성체판의 하나의 코너부와, 상기 제2 자성체판의 하나의 코너부가, 상기 제3 자성체판의 하나의 변에 있어서, 서로 접하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 코일 유닛.
제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 자성체판의 상기 내외 방향에 있어서의 치수는 상기 복수의 자성체판의 최외주 단부로부터 상기 코일의 외측 단부까지의 거리와, 상기 코일의 상기 내외 방향에 있어서의 폭의 합과 동일 정도인 것을 특징으로 하는 코일 유닛.