TW200824216A - Electric power transmission device, power transmission unit and power receiving unit of the electric power transmission device, and method for operating the electric power transmission device - Google Patents

Description

200824216 九、發明說明： .【發明所屬之技術領域】 ， 本發明係關於一種由可分離的送電部及受電部構成， -糟由在送電部之送電用線圈與受電部之受電用線圈之間產 生的互感作用（mutual induction)來傳送電力的電力傳送 衣置、電力傳送裝置之送電裝置及受電裝置、以 送裝置之運作方法。 力傳 【先前技術】 Φ 送電用線圈與受電用線圈為可分離的電力傳送裝置在 =進仃電力傳送時，係處於兩線圈間的距離為相隔離的分 離狀態二例如，在進行電力傳送時，如本中請案第％圖所 不，使送電用線圈1及受電用線圈2相對向配置而構成。 田由电控制電路3流通交流電流至送電用線圈1時，會 因互感作用而在受電用線圈2感應電動勢，而使因前述電 動勢所產生的交流電流通往受電控制電路4而流至負載， φ而進行電力傳送。 送電用線圈1或受電用線圈2係例如將本申請案第 37A圖之俯視圖所示之導體1χ捲繞成螺㈣而構成，且如 本申請案第37Β圖之沿著第37Α圖之線6請的剖視圖所 不，隔耆陶而相對向配置。如本申請案第37β圖所示， 使將導體以捲繞成螺旋狀而構成的2個線圈相對向係盘使 ，線圈感㈣合同義，因此所謂「相對向」係表示兩線圈 處於感應耦合狀態。 在本申請案第37Β圖中，係在送電用線圈^受電用 319286 5 200824216 ♦ 、T圈二使用相同的線圈。此係基於在以下引用的習知例 、，表不感應耦合的對向狀態係在送電用線圈1及受雷用 ，，圈2使用相同線圈之故。當然亦可使用送電用線圈工及 ，二用線圈2為不同的線圈。以下，包括習知例，當僅標 °己線圈」4，係指送電用線圈1或受電用線圈2、^去 雙方線圈。 闽次者 、使用具有如上所述之構成的線圈的電力傳送裝置係記 載於日本專利4寸開平8]4836〇號公報。在該日本專利特開 平8-148360號公報中記載環形（d〇nut)的平面螺旋型線 圈作為比較例1。#即，該線圈係將捆束100條直徑1〇〇 ㈣且經施加有絕緣被覆件的銅線而構成者形成$匝繞組 (5^職Winding)，製成外徑30mm、内徑i5mm、厚度 l」5mm ’且未配備有磁性材料。將使這些線圈相對向而與 電源相連接者作$ !次㈣（輸入侧），將利用電磁感應而 產生輸出者作為2次侧（輸出側）。 ⑩ 此外於日本專利特開平8-148360號公報之實施例 中二係€載電力傳送頻率為1〇〇kHz時的實測資料，且記 载電力傳送頻率未限定為1〇〇kHz。亦即，在日本專利特開 平8-148360號公報之段落編號〇〇4〇中，係已記載可任意 選擇電力傳送頻率。 “ 、，具有如上所述之構成的其他例係記載於日本專利特開 平4-122007號公報。在該日本專利特開平4_122〇〇7號公 己載種平面螺旋型線圈，將直徑1 mm的莞漆銅線 (enamel C〇Pper wire )形成25匝繞組，製成外徑80mm、 319286 200824216 ‘内徑24mm，且未設有磁心部的線圈作為比較例丨。將使這 些線圈相對向而與電源相連接者作為〗次側（輸入側）， 將利用電磁感應而產生輸出者作為2次側（輪出側）。 ， 在日本專利實開平6 _ 2 9!! 7號公報中係記載一種捲繞 導體而構成的線圈，且記載由於渦流損失

If)及集膚效應（skineffect)，而因頻率上升而使構成 _的導體的交流電阻增大的技術内容。以其回避方法而 ^係記載形成為將複數條單導線形成為騎電纔（腕 cable)狀而形成線圈的導魂 ㈣❹门上己载與使用其他線材所 硌％的線圈相比較之交流電阻的頻率特性。 首先在本申請案中，由於依田 用的用語會不同，因此首先就用=用的文獻不同，所使 &安筮κ回 先就用浯加以說明。將包含本申 明案弟30圖之送電控制電 Τ 為送電側、i次侧、輸入;等二糊 電線圈、送電用線圈、用線圈1標記為送 包含本申請案第36圖之側線圈等。此外，將 部分俨卞盔、☆十 又私控制思路4、受電用線圈2的 :“:§己為：電侧、2次側、輸出側等，將受電用缘圈 標記為受電線圈、受電用線圈、 ：：：用線圈2 送電部及受電部為可分離的電p晉人則=良圈專。 電線或機械式接點即可將電力傳？:衣置係無須使用 或機械式接點即可傳送带^ ，、機盗。若未使用電線 需電力時，係1有各猶^機器或電子機器進行動作時所 術中，利用互感作用來傳送電力的然而:在習知技 與特性以及作用效果並不日日企力的包力傳迗用線圈的構成 石。因此，試著考察關於送電 319286 7 200824216 φ ，用線圈及受電用線圈為可分 力逆 ‘傳送裝置之線圈的習知例。叾力傳运衣置、以及電力 首先在曰本專利特開平n * 壓器）。1次線圈及2 -大線圈 ，奴為鉍置态（變 5·至_之商二:：不可分離’但可知設計成 如以他或10kiT^r=i無法以任意頻率，例 變量器係存在有可❹頻率的下 a、手&的 力傳送用線圈而言為可铺用相玄〃 然而，就以電 術並不存在 為了使用頻率範圍而加以考察的習知技 择,=’在1次線圈及2次線圈為不可分離的變屡器中， ::圈嶋合係數大致為1的密•合狀態。另一方 圈間的㈣數最大亦有。.9 在曰本專利特開平8-148360 f卢八報 °因此， 琥公報、曰本專利 :1220:號公報作為實施例予以記載的線圈係 配 :在二平面，捲繞的線圈，而確保兩線圈㈣ 日本專利特開平8_14836G號公報、日本專利 4寸開平4-122007號公報所記载之空芯線圈之任一者均為 :=Γ用空芯之平面螺旋型線圈時，可見到若未^ 備磁性材料，即無法達成性能提升之内容的記載。 在機平面螺餘線圈的優點在於其形狀，尤其配備 料益侧的m線圈4薄時，即會在安裝上發生問 4 °尤其’在已内建2次電池的小型攜帶機器等中，基於 319286 8 200824216 ， Λ 係要求儘可能縮小線圈體積。為了提升電力 •二 此列如日本專利特開平8-148360號公報之呓載 •: ’必須將由磁性材料所構朗板材配備在線圈之相對向 紗的相反侧。然而’此時會有線圈體積增加 建二 機器的問題。 -入明於 範圍^卜^日本專!:]特開平8_14836G號公報之中請專利 ^ ，係規疋〇.lmm至5mm作為磁性材之厚声。 如上所示的磁性材配備在送電線圈、受電線圈:至 y方之線圈時，無法改善電力傳逆性 性舒⑸㈢丄& 。电刀傅达佳此。此係根據將磁 ^度的取大值設為5mm ’在日本專利特開平8·ΐ4836〇 段落編號亦有所記載。然而，當線 的問題。 広加侑在仃動電話等小型機器 日本專利特開平8_14_號公報、日特 ㈡贿號公報均將比較例與實施例相對比，而記載以= ,心之千面螺旋狀線圈並無法有效傳送電力的技術内容。铁 而，關於其理由並未载明。 …、 =此’在日本專利特開平8_14836〇號公報中，試著研 九有關作為比較例！所列舉之空芯線圈相關的揭示資料。 首^本中請案發明人係製作與日本專利特開平8_14836〇 號公報所揭示的線圈相同的線圈，且量測前述線圈的特 性。在日本專利特開平8_14836〇號公報作為比較例所記 ==僅_0束_條直徑^瓜之絕緣被覆銅線 的線徑為1 ·5ππη的粗導線形成為s 风马5匝繞組。因此，自感（self 319286 9 200824216 inductance )較小，約為〇·8 # H，因線圈形狀而使互感 (mutual inductance )亦變小。因此，使電力因數（p〇wer factor )降低，視在電力（apparent p〇wer )、無效電力 :(reactiveP〇wer)變大。此外，由於線徑粗、匝數少，因 此在日本專利特開平8_14836〇號公報的段落編號⑻51所 記載的頻率100kHz中，會有線圈的等效串聯電阻 (effective series resistance )約為 17m Ω 之過小的問題。 本申請案第38圖係將日本專利特開平8-14836〇號公 報所記載之比較例i的線圈使用在送電用線圈丨及受電^ 線f 2時之等效電路圖。如本申請案第％圖所示，使用2 個刚述線圈構成由送電用線圈i及受電用線 ，。此時’若為™Hz，將負載電阻二的〇 ==由交流電源V側觀相的丨次側線㈣阻抗z係形 以吊”值」、為2=約〇6Ω。於本申請案第％圖中， 、不之交流電源V的内部電阻-般為〇.5Ω至數+ 流；：前述1次侧線圈與交流電源V相連接時，交 電:R3 :近呈短路的狀態。因此’交流… 果使1值 肖耗相當的電力，而無法有效地傳送電力，& 果使可傳送的電力值亦變少。 力结 係本專利特開平8_148360號公報所記载的線圈 二錢_對向㈣相反航備磁 圈 =線圈相對向時封閉磁通量而 =， 衣成接：此，以空芯線圈而言並非經最適“"目的所 就日本專利特開平⑽·號公報所揭示的資 319286 10 200824216 以探討。於日本專利特開平4_i2 報所 .報之麓7 I 本專利特開平4_12贿號公 ，之弟7圖進行概略計算，當線 對 ,頻率f=50kHz、2次側負载n 巨離g—5_、 送效率約〇.5AB寺，可以傳 2二:傳送2次侧電力P2，w的電力。 4丨社、、在5亥貝測結果中具有難以理解之處。在日本裒 利将開平4-122007號公報中，專 „ 係在1 乂側、2次侧你用；fcg 同的線圈，作為變量$觀突 彳、i使用相 2次側電…由於繞組比為1:1，因此 、+、—丨 ㈢在次側電壓以下。然而，當根攄上 述貫測條件進行計瞀眸，9 Αη 田很據上 2次側的電壓值V2為v2=20w 〇V，在日本專利特開平4_122〇〇7號公報之第7 圖中係已載明當V1=29V時，施加至 29V。亦即，抿# τ目也π 人W深圈的电Μ為 丫、升塱作用之繞組比1 ·· 1的變量哭呈 現輸入電壓V1 = 29V、輪出 ^ 士罢4廿 翰出電[V2 = 4〇V之升壓效果的實 % η Λ ^ 中在只鉍例1中若觀看前述 :二之2次電流12約〇.5Α的部位，亦形成相同的實測 =所在日本專#_平4_12細7號公報的記载中可看 如上所不的疑點。 =了上述之日本專利特開平4_!22〇〇7號公報之理論 上的旋點以外，另外就g +室 專利特開平4_ 1 WO7號公報所 trr的線圈中若為空芯則性能較差的理由加以 日本專利實開平6·29117號公報之段㈣號隨 π 不，渦流相失及集膚效應係當頻率上升時，合使 線圈的等效串聯電阻增加。 ^ 曰 已知δ亥特性係早導線的線徑愈 319286 11 200824216 號:::= .等的線圈來進行追加㈣。結果大致同 的專效串聯電阻係為。·266線二…線圈 Ω的約3倍以上。 勹踝圈之直流電阻約0.08 :申請案第36圖的送電控制電 圖中係以交流電源V表示 六 H木弟38 R1為送電用線圏1沾鐾 為又机电源V的内部電阻。 ►的等效串串聯電阻。R2為受電用線圈2 阻:文串W阻。虹為連接於受電控制電路4的負載電 門平2 1次側及2次侧線圈之雙方❹作為日本專利特 開平4-122007號公鉬夕y μ 号ϋ付 靖安筮μ固 之比較例1所記载的線圈時，如本申 明木罘38圖所示，等效串 源V。由於等係串聯連接於交流電 ,^ 、、/叶电阻R2串聯連接於負載電阻RL，因 1 /至> R1、R2的兩個部位發生電力損失。為了避免 發生’只好降低頻率以減低前述集膚效應、渦流損 、：響。但是，當降低頻率時，線圈的電抗（^㈣-⑷ “咸夕。結果’送電線圈的阻抗z會降低， 電 圈1投入過大的視在電力。接著，因前述視在電力造成2 過大電流會流通至送電用線圈j，而會發生因等效串聯電 阻Ri及交流f源的内部電阻R3所造成的電力損失。因 此’在日本專利特開平4_1號公報之實施例中，係確 保線圈的電感與電抗，且為了降低視在f力而配傭磁性 材。當以空芯使用線圈時，為了可確保電抗，必須實現可 319286 12 200824216 ^以高頻率使其運作的線圈。 串聯電阻^較低的線圈即可。，、要貝“斜且寺效 以上係說明日本專利转 -的飧園會么土 * 寻引4寸開千4-122007號公報中記载 的線圈亦為未適於以空芯使用的構成。 將-ΪΙ本專利實開平6·29117號公報中係記載藉由使用 將早導線形成為扁平電嶸 從用 輕因頻率上升而、止f ^線而構成線圈，藉此可減 曰太直r k成專效串聯電阻增大的情形。此外，在 二=6Γ17號公報之段落編號°°_ 5二及10= 的線圏及使用其他線材的線圈在 5他及100他中的等效串聯電阻。 * 電阻日本專利實開平6韻17號公報仙比值而非 電阻值來表示隨著頻率 率，等+ K 、羊升而&成的荨效串聯電阻的增加 二二：Γρ電阻的實際數值不明。接著，不限於曰本專 獻並非為們於严報在本申睛案中所引用的專利文 认：m非為關於屬於線 獻。亦即，“… 的電感有所提及的文 田荨效串聯電阻之頻率特性的改盖率不古於雷 感的減少率時，並文。羊不冋於電 芒LV龢古此* Π兄已只現性此佳的線圏。換言之， 較鬲頻率未提高線 的線圈。 V Τ卫不此呪已實現性能佳 與日本專利實開平6_29 ^ 利特開平8-14836〇 % ^ 報相反地’在曰本專 公報中伟推料/ 本專利特開平4·122007號 推測為使用藉由在線磁 _咖吻）較高的磁 | ^卞（脱⑽c 造成的等效串聯電阻的增:更==頻率上升所

卞更马曰加，而提升線圈之Q 319286 13 200824216 之手法者。 •名 此外，若參照曰本專利實開平6-29117號公報之段茨 編號〇〇13的表卜於習知例與實施例之比較中，係已 導體剖面積、線圈外尺寸、臣數。但是，由於導體的^長 不明，因此無法得知等效串聯電阻的實際數值。此外，在 =本專利貝開平6-29117號公報之段落編號〇〇2〇、〇〇2卜 弟3圖中’雖已揭示將扁平電鐵捲繞成平板螺旋狀的線 2 ’但關於第3圖的線圈，有關與使用其他線材 _平板螺旋狀的線圈的性能比㈣作用效果則未有任^ 載。此外’關於第3圖的線圈可用在電力傳 士

全未見任何記載。 I 亦即，在貫現電力傳送用之性能佳的線圈時， 白咸、ττ 4 k ^

成互感合係數）而且避免因等效串聯電阻a 失所帶來的線圈發熱，必須選擇適當構成的I 件，：:改Γ頁進行，的特性規定而決定線圈的運例 :線ϋ之等效串聯電阻的頻率特性並不足夠。 U的ί::明所不’將導線捲繞成平板且單層螺旋狀戈 線圈的電力傳送性能差乃為習知細 的提升。：著猎==生材料等’以謀求電咖 、十、…為左右電力傳送性能之要因之-的前 電力傳送圈的等效串聯電阻與頻率的關係、與前述 ===構成均考慮到的習知技術並不存在。亦 繞成車層螺旋狀的電力傳送用線圈。此外t 319286 14 200824216 力傳送用線圈的運作條件 佳的電力傳送裝置。 因此，無法 成單層螺旋狀的電 實現電力傳送性能 【發明内容】 本發明之目的在楹根 能差之電力傳送用線圈的】知技術中電力傳送性 _傳送裝置、電力傳送:置= : = ^ 及電力傳送裝置之運作方法。 乙电衣置及文電裝置以 本發明之電力傳送裝带 離的方式所構成，由至少包含=直=^與受電部為可分 的電力轉換手段及送電^电力轉換成交流電力 及受電線圈的受電部所;盖士、、达电° ’以及至少包含負載 J斤構成，使送電線圈與受 向，而由送電部將電力值、笨ρ币 固/、又电線圈相對 方结n 受電部。將相對向之線圈中 一方線圈早體的等效串聯電阻㈣Rw( = 線圈相對向之另一方綠固立一的士將一一方 方線圈紐路柃之一方線圈的等恭 阻設為Rs ( Ω )。將5小 + & J手欢串％包 率設為fUHz)、^力足RS>R^最高頻 、電力軲換手段之輸出頻率設為fa(Hz) ¥，以使fl為1G()kHz以上的方式，選擇—方線圈與另一 方線圈，且將fa設定在未達fl的頻率。 在本發明巾，係藉由使用fl為100kHz以上的線圈， 且將電力㈣手段之輸出頻率fa^在未達心頻率， 藉此可使電力傳送性能比習知技術更為提升。 較佳為將當與一方線圈相對向之另一方線圈予以開放 時之至少一方線圈的等效串聯電阻設為Rn( Ω )。當滿足 Rs>Rn2Rw的最高頻率為f2 (Ηζ)時，將輸出頻率&設 319286 15 200824216 •定在未達f2的頻率。 •之R Αί彳中係藉由於傳送電力的頻率中，滿足Rs>Rn 二’可更加選擇等效串聯電阻⑺較小的線圈，而且可 、疋敢適於電力傳送的頻率範圍。 >匕外Λ由使用於傳送電力的頻率中，滿足Rs>Rn I旦I之條件的線圈，使線圈單體、以及使線圈相對向的 傳…降^壬者均接近理想之理論上的特性，而可使電力 _傳运性此比習知技術更為提升。 較佳為將一方線圈的熱電阻設為0i(t：/W)、將一 之容許動作溫度設為Twrc)、將設置一方線圈 2所的周圍溫度設為Tarc)、而於傳送電力時，將流 方線圈之交流電流設為Ia(A)時，於輸出頻率&中， 方線圈滿足RwqTw—Ta)/(Ia2x^的關係 勺方式’由送電部將電力傳送至受電部。 τ ^上所示’藉由規定由等效串聯電阻Rw及交流電流 a、先、條件，可規定至少-方線圈之交流電㊄Ia的上限、 =者決H線圈之等效串聯電阻Rw之錄的上限、及 等效串聯電阻Rw較小的頻率區域。 在較佳實施形態中，形成相對向之線圈中至少一方線 圈的導線係經施加有絕緣被覆件的單導線，至少一方線圈 係將單導線密繞成單層或多層螺旋狀而構成，當將單導線 之導體單體的最大徑設為dl、將至少一方的線圈外徑設為 D時，至少一方線圈外徑D為最大徑dl之至少乃倍以上， 而且導線的繞線數為預定E數以上，至少一方線圈之自感 319286 16 200824216 •為至少2" H以上。 •片藉由如Jl所7F在導線施加有絕緣被覆件，可防止導線 •乳化’而謀求防止相鄰接導線間短路。此外，藉由規定線 .圈之直徑D及隨，可確保所需的自感，並且於兩線圈間 之預定相對向距離中，可確保所需的耦合係數。 〃在較佳之其他實施形態中，相對向線圈中至少一方線 圈係包含複數條導線，各導線係在選擇最大徑為〇 3歷以 下之後數條裸單導線的集合體施加有絕緣被覆件而形成， 至少-方線圈係將在複數條裸單導線的集合體施加有絕緣 被覆件的導線密繞成單層或多層螺旋狀而構成，當將複數 條裸單導線之集合體的最大徑設為d2，將至少一方之線圈 外控設為D時，至少一方線圈外徑D為最大徑们之至少 25倍以上，而且導線之繞線數為預定匝數以上，至少一方 線圈之自感為至少2 # Η以上。 在本發明中’係達成與上述發明相同的作用效果，並 #且因貫穿導體的磁通量所造成的渦流損失係與導體體積成 正比增加’故將G.3mm以下之裸單導線的集合體作為形成 至少-方線圈的導線，而使導體的表面積增加，藉此可抑 制因u貝失及集膚效應所造成之等效串聯電阻Rw的增 加。 日 在較佳之另一實施形態中，在形成相對向線圈中至少 一方線圈的導線係在導線内部設置絕緣 剖面積為導線整體剖面積的11%以上，至少一方 设有絕緣體層之導線密繞成單層或多層螺旋狀而構成，當 319286 17 200824216 •將設有絕緣體層之導線的最大徑 外卜A η 口士 °又為d3、將至少一方線圈 -為〜至少-方線圈外徑0為最大㈣之至少 • 25U上，而且導線之繞線數為預定阻數以上，至少一方 線圈之自感為至少2 // Η以上。 =’係達成與上述發明相同的作用效果，並且 二牙=的磁通量所造成的满流損失係與導體體積成正 比乓加，因此在構成線圈之導線内部 在名於香处 置、、、e緣體，且減小 >=二 磁通量路捏的導體體積，而使導體的 可抑制因渦流損失及集敍 =(串= 且R”增加。絕緣材料係在導線内部設置絕 ^層，亚且使⑽具可撓性，而可容易進行導線的彎曲加 上述構成的線圈，由於等效串聯電阻厌在 圍較低，且滿足Rs>RgRw的頻 在u羊辄 力傳送特性佳。 亦較寬，因此電 丨缘被ίΓϊΓ實施形態中，導線係由分別經施加有絕 ^皮復件之稷數條單導線的集合體所構成，而且將單導線 中之導體的最大徑設為d4時，選擇d4 Α 、、、 緣被覆件的厚度t為（d4)/30以上。為0.3mm以下，絕 中，係達成與上述發明相同的作用效果，並且 口體的磁通量所造成的渦流損失係與導體體積成正 因此將0.3mm以下之裸單導線的集合體作為 至少-方線圈的導線’而使導體的表面積增加，藉此心 制因渴流損失及集膚效應所造成之等效串聯電m辦 319286 18 200824216 加0 該構成之線圈係由分別經施加有覆 單導線的集合體所構 * /件之硬數條 # A 在與各早導線相鄰接之1他罝 ^線之間藉由絕緣被覆件設置空隙，藉由流至各單導 電流所發生的磁通量密度為/ v' 、 積較小，因此可減低、5 早導線的體 』减低渦抓知失。其中，當然亦 效應的影響，自不待言。 成低木虞 上述構成的線圈由於等效串聯電阻Rw在寬頻 較低，且滿足Rs>心Rw的頻率範圍亦車交寬 = 傳送特性佳。 电刀 ’相對向導線中至少—方線圈係將導線捲繞 成平面早層螺旋狀所構成，當導線的最大徑4為0.4麵以 上時’在相鄰接導線之導體間設置〇 2_以上的空隙，合 導線的最大徑d為未達〇.4mm時，在相鄰接導線之導體； 設置d/ 2 ( mm )以上的空隙。 # 若核置u時，各導線所產生的磁通量係全部貫穿 1鄰接導線，藉由因磁通#貫穿相鄰接導線所發生的渦流 損失，當頻率上升時，等效串聯電阻Rw會增加，但是因 設置空隙，而可減少因磁通量貫穿相鄰接導線所發生的渦 流抽失，因此當頻率上升時，可抑制線圈單體之等效串聯 電阻Rw之增加。 此外，在同一外徑之線圈中，由於繞組的全長變短， 因此可將等效串聯電阻抑制為較低。但是，因貫穿導體的 磁通量所造成的渦流損失係與導體體積成正比增加，因此 319286 19 200824216 .當單導線的最大徑非為G2軸以上時 + 空隙’亦不太能改善因頻率 二:線間設置 率。 風于放串聯電阻的增加 具體而言’相對向線圈中至一 成平面單層螺旋狀所構成，當將至少捲繞 :::接::r的各導體_ 所設中相鄰接之各導… ►由最外周部朝内周部 工隙見度會&著 取内周部中相鄰接之夂m綠 的各導體間所設置之空隙寬度口為至少02軸以上。… 線^斤產生的磁通量密度在外周部附近較低，在内周 藉由密繞外周部、疏繞内周部，而在線圈 可仏可忐將磁通量密度設為一定，且可防止者 =圈之相對位置變動時之可傳送電力降低。由二周部 的磁通量密度較高，因此可藉由設置μ來防止渦流損失。 >上逑構成之線圈’由於等效串聯電阻Rw在寬頻率範 圍較低，且滿足rs>RgRw的頻率範圍亦較寬，因此電 力傳送特性佳。 此外，至少一方線圈中，導線之外周部係具有絕緣層， 至少-方線圈的最外周部中相鄰接之各導線的各導體間係 透過絕緣層而相密接。 與设在内周部的1匝相比較，由於設在外周部的i匝 的線長較長，因此使線圈之電感增加的作用較大。因此， 可確保線圈的電感。此外，設在内周部的！ E與其說有助 319286 20 200824216 ▲=電感的增加，還不如說會形成如前所述在磁通量密度較 同的内周錢渦流損失增加的原因，而使損失增大，因此 設置空隙。空隙的作用效果係如前所述。 • >上述構成之線圈，由於等效串聯電阻RW在寬頻率範 圍車乂低且滿足Rs> Rn^ Rw的頻率範圍亦較寬，因此電 力傳送特性佳。 在更k之貝知形恕中，為了防止線圈變形，將線圈形 成在絶緣板上或絕緣構件内之至少一方而予以固定。 由在絕緣材的-方侧配置線圈，可保護構成線圈之 導線的絕緣層。若在相對向線圈間設置絕緣材，可提高兩 線=間的絶緣耐壓。在固定兩線圈而作為變量器加以使用 的h形下，亦藉由設置絕緣材來提高兩線圈間的絕緣耐 壓。 、在較佳實施形態中，將前述至少一方線圈作為送電線 圈或受電線圈之至少一方加以使用，且將送電線圈與受電 _線圈形成為不可分離，藉此可作為變壓器加以使用。 其中’與一般的變壓器並不相同，在固定前量測送電 線圈單體與受電線圈單體的特性，而且亦可量測使兩線圈 ^對向的特性。由最初經一體構造予以設計的變壓器若未 貫際組裝則無法確認性能，但在本發明中係可量測特性， 且，實際進行確認電力傳送性能之後再固定線圈。接著， 可=現可以任意比率設定受電線圈與受電線圈之繞組比的 輕置、薄型、空芯之特性佳的變壓器。 本發明之另一其他態樣係包含上述記載之電力傳送裝 319286 21 200824216 置，送電部係包含-方線圈，將輸出 料fa w在未達fl之頻率，而將電力傳送至受電部。 在本發明中m線圈單體料 • Rw。將當短路的另-方線圈與-方線圈相對向時== =的荨效串聯電阻設為Rs。使用滿足Rs>Rw之頻率^ 為100kHz以上的綠園，而土、去、 萚…碎 的頻率驅動送電線圈。 错由如上所示由送電部傳送電力， 性能比習知技術更為提升。1“㈣電力傳送 置之ΐ::月之另一其他態樣係包含上述記载之電力傳送裝 ^之叉電㈣受電裝置，受電部係包含—方線圈，由將輪 出頻率fa設定在未達fl之頻率的送電部接受電力。月』 纟本發明巾，係將__謂圈單體的等 RW。將當短路的另-方線圈與-方線圈相對向時 =效串聯電阻咖。由使用滿…^ f ' 上的線圈，而以未達fl_率驅動受電線圈 •I，:線圈接受電力。藉由如上所示由送電部使受電部I 以力，可使受電部的電力傳送性能比習知技術更為提= 線圈之其他態樣係—種使送電部之線圈與受電部之 I置方Ϊ由送電部將電力傳送至受電部之電力傳送 = 將與-方線圈相對向之另3 滿足#之方線圈的等效串聯電阻設為Rs(Q)、將 圈之相1>RW之頻率fl為1〇〇kHz以上之驅動前述送電線 千設為fd(Hz)時，以使Π為100kHz以上的方式 319286 22 200824216 選擇-方線圈與另-方線圈。電力傳送裝置係將fd設定在 未達π之頻率而使電力傳送動作運作。 , #兩線圈相對向時，使當與至少-方線圈相對向之另 -方線®短路時之至少—方線圈之等效串聯電阻Rs大於 至少-方線圈單體之等效串聯電阻Rw，藉此可於傳送電 ”頻率中選擇等效串聯電阻Rw較小的線圈，而且可規 定最適於電力傳送的頻率範圍。接著，如前所述，可確保 自感，且等=串聯電阻^較低的線圈係具有較高的q。 因此，藉由使用滿足Rs> Rw的頻率fl為l〇〇kHz以 上的線圈、’可使電力傳送性能比習知技術更為提升。 士車乂么為虽將與一方線圈相對向之另一方線圈予以開放 日:之-方線圈之等效串聯電阻設為⑸⑶）、將滿足以 GRw的最高頻率設為f2(Hz)時，將付設定在未達 的頻率，而使電力傳送裝置運作。 在該例中係於傳送電力的頻率中藉由滿^ Rs > Rn ^ 而可it纟4擇等效串聯電阻Rw較小的線圈，而且 可規定最適於電力傳送的頻率範圍。 之Y欠外於傳运電力的頻率中，使用滿足RS>Rn^Rw 旦二的線圈，藉此使線圈單體、以及使線圈相對向的變 f =任者均接近理論上的理想特性，且可比習知技術 更加&升電力傳送性能。 _方=佳為#將—方線圈的熱電阻設為〜rc/W)、將 圈之容許動作溫度設為、將設置一方線 司 '周圍溫度設為Ta (°c )、將傳送電力時流至一 319286 23 200824216 方線圈之交流電流設為Ia(A)日夺，當一方線圈傳送電力 時’滿足Rw$ (Tw—Ta) / (沾川的關係。 在該例中，藉由規定等效串聯電阻Rw及交流電流“ 的：條件’可規定至少-方線圈之交流電流la的上限、或 决疋至少一方線圈之等效串聯電阻之匝數的上限、及等 串聯電阻Rw較小的頻率區域。 ^ 【實施方式】 弟1圖係本發明之一實施形態之電力傳送裝置100之 方塊圖。於第1圖中’電力傳送裝置100係包含：送電部 3〇係作為达電裝置而動作；以及受電部4〇，係作為受電 衣置而動作。达電部3〇係包含有直流電源W、送電控制 電路他、以及送電線圈1。受電部4〇係包含有受電線圈 又电控制電路術、以及負载RL。送電線圈i及受電 線圈2係相對向配置。 送電部30的送電控制電路⑽係至少包含將直流電源 成交流電力之反相器電路等電力轉換手段。較佳為 曰父流正弦波或者接近交流正弦波的梯形波等以未達後 定頻率來驅動送電線目卜且藉由前述交流電力將 =傳送至受電部40。受電部4〇係藉由受電線圈2接受 到圈1达來的電力。受電控制電路恤係將所接受 -力it供給至負载RL。受電控制電路4〇“系包含將交流 成直流電力的整流電路等。若純虹利用白織 二將ΓΓ來進行動作，亦可省略受電控制電路4〇a’ :負载RL直接與受電線圈2相連結。 319286 24 200824216 « 其令，前述之交流係指使電流以a 出端子相連接的線圈。以下將正向、逆向流至與輸 力的電源轉換手段標記為流 域成切私 •接荖，骆山、六币 後电源Va、交流電源或Va 〇 ,接者將父流電源Va的輪出頻率枳 將藉由交流電源Va驅動送帝、圖，a z。此外， ^ 1 _ 屯線圈1的頻率標記為fd(Hz)〇 將在弟1圖所示之相 中之_方飧_ π _ 、向的达电線圈1及受電線圈2 :之，早體的等效串聯電阻設為Rw »串聯電㈣為H圈路％之—方線圈的等效 裝置!將ΛΤ 之一實施形態之電力傳送 (Hz)時，圈滿足RS>R^最高頻率設為η 設定在夫、素η 〇所包含的交流電源的輸出頻率fa 冬 的頻率區域’而將電力傳送至受電部40。 备將fa設定成如上所述時 / $作為达電線圈之一方線圈或另

Rs>Rw圈係以頻率予以驅動。結果使一方線圈滿足 ，此外，將當將與—方線圈相對向之另一方線圈予以開 放…方線圈的等效串聯電阻設為Rn(Q)。接著，將 滿足Rs > Rn g Rw的f含相方 丄 、 ~ 的取回頻率設為f2 (Hz)。電力傳送, 置100係將送電控击丨带衣 夺制毛路30a所包含之交流電源va的 出頻率fa設定在未達f2的頻率區域，而將電力 電部^當將fa”成如上所述時，作為送電線圈^ 方線圈或另-方線圈係以頻率fd=fa予以驅動。結果使一 方線圈滿足Rs > Rn — 。 以下就本毛明之電力傳送裝置所使用之線圈的具體例 25 319286 200824216 以下說明之各實施形態的線圈係作為電力傳送 ，：於德送電線圈1或受電線圈2加以使用。詳細内容 將於後坪述，首先在送電線圈」或受電線圈2中規定至少 二：之線圈。接著規定與一方線圈相對向之另一方線圈。 方線圈以及與-方線圈相對向之另—方線圈時， 係決疋-方線圈滿足Rs>Rw之條件的最高頻率η。或 者，決定滿足RS>RGRW之條件的最高頻率乜。冬決定 η或f2日夺，係決定電力傳送裝置1〇〇之送電控制電田路心 所包含之交流電源、Va之鮮fa的上限。接著，將&設定 成未達fl或f2,且以頻率.fa來驅動送電線圈。 其中’㈣下之說明中’主要記载方線圈及與— 方線圈相對應之另-方線圈為同一線圈的情形。當一方線 圈及與-方線圈相對向之另一方線圈為不同時，首先，求 取一方線圈滿足RS>RW之條件的最高頻率π。接著，將 -方線圈與另一方線圈反轉，而求取另一方線圈滿足 >Rw之條件的最高頻率flr。當flr低於fi時，較佳為形 成為且將Va的輸出頻率fa設定為fa<n。夕 第2A圖及第2B圖係顯示作為第丨圖所示之電力傳送 裝置100的送電線圈1或受電線圈2所使用之空芯線圈之 二，之圖，第2A圖係顯示俯視圖，第23圖係放大顯示沿 著第2圖之線ib_ib的剖面。第3A圖至第3E圖係顯示第 2圖所示之線圈之外形形狀之變形例之圖。 如第2A圖所示，本發明之一實施形態的空芯線圈。 係構成為將導線11捲繞成平板且空芯之單層螺旋狀俾使 319286 26 200824216 •相鄰接的導、線π彼此相密接。導、線㈣如第2β圖所示 剖面為圓形，最大徑㈣沒有特別限定，但較佳為對例如 .線控為〇.2咖以上之單導線12單體施加有絕緣被覆件^ 而構成。絕緣被覆件π可為如漆包線（f〇rmal wire)般厚 度雖薄但堅固的被膜、或者如乙烯基（Vinyl)線般厚的被膜 的任一者。 、 圓二:：於S 21圖之實施形態中，係將導線11捲繞成 ’’ S疋’可如弟3A圖所示之長圓形、第B圖所示之 橢圓形、第3C圖所示之正方形、㈣圖所示之長方形、 :3E圖所示之六角形等多角形般以任意形狀捲繞，而不 限於圓形。此在後述之其他實施形態中亦為相同。 徑設為"，空芯線圈la之線圈外徑d /為早¥線12之最大徑倍以上。而且構成 :二_數為預定⑽，例如8以上。但 = 狀為圓形以外時，前述線圈外❹如第3a圖至第3£圖所 線圈的最小外尺寸D,。此外，空芯線圈h的自 線圈^ H 3將傳送f力之頻率中之空芯 線圈U早體的等效串聯電阻設為Rw(q )。使]個第Μ 圖所示之空芯線圈1 a相對 時之另-方線圈的等效“ ί: 2 滿足RS>RW的最高頻率咖 -方線圈或另一方線圈係萨:作為达電線圈之 之頻率的…驅動。流電源Va’而以為未達fl 前述Rs>Rwe 工心、、泉圈1a較佳為以1〇〇kHz滿足 319286 27 200824216 • 之所以將線圈外徑D選為星道綠μ 倍以上，係為了破扭挪兩’、卜線12之最大徑d】的25 '線11的e數為8 :=麵合係數之故。之所以選擇導 其令，不僅本實麟：了獲得〜心上的自感之故。 在線圈設置未：：導:其他實施形態中亦為相通，以 圈又罝未捲繞導線之預定内 述外徑D的規定，係可為任意尺寸。内“要滿足别 -方=開1當士將傳送電力之頻率中的前述相對向線圈的

f Ω v : 士 8守之另—方線圈的等效串聯電阻設為Rn 〔Η)時、，，將滿足RS>R^RW的最高頻率設為f2 泣濟為运電線圈之一方線圈或另-方線圈係藉由交 抓电源Va而以未達乜的頻率fd予以驅動。

此外，當將空芯線圈la的熱電阻設為、 將玉心線圈1 a的容許動作溫度設為Tw ( t：)、將設置空 =線圈1&之場所的周圍溫度設為Ta(°c)、將傳送電力 時流至空芯線圈la的交流電流設為Ia ( A)時，在空芯線 圈1a正在傳送電力時滿足RwS (TW—Ta) / (Ia2x0 〇 的關係。 如上所示所構成的空芯線圈la係可作為第1圖所示之 1次側線圈及2次側線圈為可分離之電力傳送裝置的送電 用線圈1或受電用線圈2來使用。 接著說明前述之關係Rs > Rw、Rs > Rn - Rw、Rw $ (Tw Ta ) / C Ia2x β i)。其中’該說明由於在後述之其 他線圈的實施形態中亦具有相同的作用效果，因此於以下 記載的實施形態中省略說明。 28 319286 200824216 空芯線圈變量器之等效電路之圖，第5圖係顯示 ΐ戶二明之：之等效電路，* 6圖係顯示構成為如習知例 7 Η料-Γ 38圖所示之變量器單體之等效電路之圖，第 顯不2次側線圈短路時之變量器之等效電路之圖， 弟8圖係顯示當負載電阻R L連接於2次側線圈時之變量 器之等效電路之圖。 園才您文里 百先’為了求取^士士在理論上的關係’先求 出變量器之i次侧阻抗Z1。於第4圖中，L1係表示ι次 側線圈的電感，L2係表示2次側線圈的電感，Μ係表示丄 次側線圈及2次側線圈間的互感，v 1係表示i次侧線圈的 兩端電壓’ V2係表示2次侧線圈（負載電阻rl)的兩端 電壓，II係表示流至i次側線圈的電流，12係表示流至2 次側線圈的電流，RL係表示負載電阻（純電阻），zi係 表示1次側之輸入阻抗。於第4圖中，成立下述之電路方 程式，藉由求解下述之聯立方程式，可求出21之純電阻 籲成分（等效串聯電阻）及電抗成分（電感）。以下記载第 4圖的電路方程式。其中，尸=—工，ω為角頻率， 冗f ( f係頻率，Hz )。

Vl=j^Ll · Ι1+]ωΜ · 12 ··· (1) V2 = j^M · Il+j^L2 · 12 ··· (2) V2= -RL · 12 ··· (3) 由於欲求取Zl = VI/11，因此只要由上述3個聯立方 程式消去V2、12即可。若將上述聯立方程式的（3)式代入 (2)式而消去V2，即得 319286 29 200824216 β 0 = j ω Μ · II + (j ω L2+ RL ) 12 •，將上式解出12，代入上述聯立方程式的〇)式而消去ΐ2 時，即得 V1= (j〇L1+ 〇2mV (j〇L2 + RL) ) II ，由於Z1 = V1/I1，由上述可得zi為 Z1 = j ω LI + ω 2M2/ (j ω L2 + RL ) 。實際的變量器係在1次侧線圈具有等效串聯電阻R1、在 2次侧線圈具有等效串聯電阻R2，因此考慮第6圖的電 路，假設RL = R2，即得

Zl^Rl+^LH- ω2Μν (jGjL2+R2) 1乘以上 C ω 2L22 。當將（―joL2 + R2) / ( — j〇L2+R2)= 式之ω2Μ2/ (』ωί2 + Κ2)，即得

Zl = Rl+j〇)Ll+ ω2Μ2 ( -j^L2+R2) X + R22) ’若整理實數項與虛數項，即得 _ Z1 = R1 + R2 · ω 2Μ2/ ( ω 2L22 + R22 ) + j ^L2· ω2Μ2/ (w2L22 + R22) ，若 A2= ω2Μ22/ ( m2L22+R22)，zi 即為 Zl- (R1 + A2R2) +j6； (L1-A2L2) ... (4) A2^〇。亦即，於第6圖中，1次側線圈的輪入阻抗。為 ZlsRl+j^Ll …（5) ，若將（5)式及（4)式相比較可知，如第7圖所示，當變量器 之2次侧線圈短路時，丨次侧線圈的等效串聯電阻尺丨會= 319286 30 200824216 .加，電感L1會減少。這些為已知的電路理論。 _ 上述（4)式及（5)式係在說明Rs〉Rw、Rs>Rn>Rw t 關係時所引用的基本式。 如之 1著’關於第2A圖所示之空芯線圈la，就具體例加 兄明。雖然有部分重覆，但在此先明確定義記號。Rw 係空芯線圈1a單體的等效串聯電阻（第5圖之r/)'，Rn 係其他空芯線圈與空芯線圈la相對向而將相對向之空芯 線圈予以開放時之空芯線圈1a的等效串聯電阻(第6 = R1)，RS係其他空芯、線圈與空芯線圈1M目對向而將相對 向之空芯線圈短路時之^線圈13的等效串聯電阻（第7 圖的Rl)，kr係由前述^及⑴近似求取之兩線圈間的 輕合係數。 此外，當將空芯線圈la單體的電感設為Lw，將1他 空芯線圈與空芯線圈la相對向而相對向的空芯線圈短路 時的空芯線圈la的電感設為“時，將由[〜及Ls近似求 φ取的耦合係數標記為^。匕及^之近似求法如後所述。 其中，在以下說明中，雖將使線圈相對向之變量器的 1人側與2 -人侧加以區別，但由於變量器可使1次側與2 次側反轉’因此第6圖的R1、L1即使考慮作為2次側的 R2、L2,亦獲得相同的結果。亦即，本發明中之電力傳送 用之空芯線圈只要配備在i次側、2次侧之至少一方即可: 例如，可在2次侧（機器侧）使用與空芯線圈“相同構成 者，在1次側（送電侧）亦可使用螺旋（solen〇id)狀線圈或 後述之蜂窩（honey comb)狀多層繞線線圈。將空芯線圈“ 319286 31 200824216 ‘單肢的等政串聯電阻設為Rw。將短路的螺旋狀線圈或蜂 窩狀多層繞線線圈與空芯線圈la相對向時之空芯線圈u _的等效串如電阻設為Rs。此時，作為送電線圈的螺旋狀線 圈或蜂尚狀多層燒線線圈以未達滿足Rs > 之最高頻率 fl的fd而藉由交流電源va予以驅動。 第9圖係顯示作為相對於本發明之實施形態所包含之 線圈1B至1G的比較例的空芯線圈1A的特性。亦即，第 9圖係表示將銅線徑lmm的漆包線（ 以外徑 7〇mm密繞成25匝（T)的空芯線圈1A的Rw、Rn、Rs 及將10 Ω的負載電阻連接在空芯線圈1 a時的有效電力傳 送效率與頻率的關係之圖。 第10圖係表示將銅線徑〇.6mm的漆包線以外徑7〇mm 密繞成40區的空芯線圈1B的Rw、Rn、Rs、kr、ki與頻 率的關係之圖。帛11圖係表示將銅線徑03mm的漆包單 導線以直徑70mm密繞成70匝的空芯線圈lc的Rw、Rn、 _ RS與頻率的關係之圖。第12圖係表示將銅線徑0.3mm的 包線以直徑30mm密繞成31匝的空芯線圈1D的Rw、 Rn、Rs與頻率的關係之圖。 第13圖係表不將空芯線圈1A作為一方線圈，將後述 之空芯線圈1F作為另一方線圈時空芯線圈iA^Rw、Rn、

Rs及將10Ω的負載電阻連接在空芯線圈ΐ]ρ時的有效電力 傳送效率與頻率的關係之圖。第14圖絲示將銅線徑― 的漆包線以設置約1_之空隙的方式捲繞成14 E成為外 徑7〇mm的空芯線圈1E白勺^如士七與頻率的關係 319286 200824216 -之圖。第15圖係表示將銅線徑0.2mm、〇.4mm、0.8mm、 1 mm的各漆包線以平板狀密繞成匝的空芯線圈之頻率 與各空芯線圈之等效串聯電阻Rw的關係之圖。 ， 第16圖係表示將捆束75條銅線徑〇.〇5mm的漆包線 而成的芑線（李茲線（Litz wire ))密繞成30匝成為外徑 70mm的空芯線圈1F的Rw、Rn、rs、匕、ki與頻率的關 係之圖。第17圖係表示將捆束75條銅線徑〇.〇5mm的漆 匕線而成的包線（李茲線）密繞成2〇匝成為外徑別㈤㈤的 空芯線® 1G—的^、^〜士…與頻率的關係之圖。 其中，第9圖至第12圖、第16圖、第17圖所示之特 性圖係以零測量所有相對向之線圈間的距離者。即使線圈 Η相對向的距離报遠，Rn、Rs係比相對向距離為零時梢微 降低’但是相對向距離為前述線圈外徑〇之丨/忉左右時 幾乎沒有改變。實際上，當相對向距離增加時，輕合係數 會降低，1次側的電抗會增大，視在電力會增加，因此電 力因數（p峨r faetGr )會降低。因此可確認與日本專利特 開:4-122007號公報之揭示資料並不相同，電力傳送性能 係遠低於日本專利特開平4]22〇〇7號公報所記載之 例1的資料。 乂 因空芯線圈的等效串聯電阻所造成的電力損失係可利 用後述之1^ (Tw—Ta)/(Iawi)的規定予以抑制， 且如後所述，第8圖中之R1、R2的值 $依線圈的使用條件而異，因此財發Μ， 相 向距離為零、或者於實際使用之線圈的相對向距離中量1 319286 33 200824216 前述之Rw、Rs、Rn，以求取滿足Rs > Rw的最高頻率f 1、 以及滿足Rs > Rn ^ Rw的最高頻率f2即可。 首先，就滿足Rs > Rw的情形、以及未滿足rs > rw 的情形之差異加以說明。引用日本專利實開平6_291 17號 公報，如以上之說明所示，已知空芯線圈的等效串聯電阻

Rw係隨著頻率上升而增加，已知集膚效應或渦流損失等 為其原因。 此外，根據上述之電路理論，如第7圖所示，已知當 • 2次側線圈短路時，1次侧的純電阻值係增加至（幻+ A R2 )。在此，R2係表示2次侧線圈的等效串聯電阻， 當將Μ設為1次側線圈與2次側線圈間的互感、將ω設為 角頻率（ω = 2ττ f，f係頻率，Ηζ)、將L2設為2次侧線 圈之自感時，Α2= （〇2l22+r22) ，〇2>〇、m2 2 0、L22> 0、R22> 〇，因此很明顯地A2^ 〇。其中，關於 1次側的電感，若1次側線圈的自感為u時，如第7圖所 ⑩不’已知當2次側線圈短路時，j次侧的電感係減少至（u -A2L2) ο 但是，若麥照第9圖至第12圖，在頻率高的區域中， 係可看到Rs小於RW的情形。由第9圖至第圖可知， 形成Rs<Rw的頻率在空芯線圈1Α係約為·Ηζ以上。 在空芯線圈1B係約為2〇8kw , . ^ π q wskiiz以上。在空芯線圈le係約 為820kHz以上。在以早4 d 、 仗U十板螺旋狀密接而將漆包線加以捲 繞而成的空芯線圈中，如μ碎一、本—& ^ 上所不’漆包線的線徑愈粗，則 滿足Rs > Rw的最高頻率f ]人 门肩手fl恩低。此外，根據第12圖， 319286 34 200824216 ，在使用與空怒線圈ic相同的單導線，且捲繞成3ι阻成為 外徑30mm的空芯線圈1D中，滿足Rs>Rw的最高頻率 f 1係高於空芯線圈1C。 由第9圖至第12圖可知，滿^Rs>Rw的最高頻率fi 較低的空芯線圈中，伴隨頻率上升之等效串聯電阻Rw的 增加率亦較高。根據第15圖，即使為將〇.2_、〇 4_、 0.8mm、LGmm等分別不同線徑的漆包線形成同為“次之 隨的線圈外徑為不同的空芯線圈，前述特性亦相同。亦 即，可知漆包線的線徑愈粗，伴隨頻率上升之等效串聯電 阻肠的增加率亦高。此外，可知在以相同線徑捲繞的線 圈中’捲繞數較少、外形較小的線圈滿足Rs>Rw的最高 頻率fl較高，因頻率上升造成等效㈣電阻增加率

/亦即’若按照電路理論，則必須滿足Rs>Rn=Rw的 關係’但在使用空芯線圈1A至空芯線圈m而構成為如第 6圖、第7圖所示的變量器中，絲解較高的區域中， 亚未滿足Rs>Rw的關係。例如，在空芯線圈ib中，由 第1〇圖可知，在頻率208kHz以上的點形成Rs<Rw。 在前述Rw與Rs的關係為Rs<Rw的頻率區域中 必須為正的A2會變成負。在第9圖至第12圖中，在步. RS<RW的頻率區域中，並無法求出第8®所示之等^ 聯電阻R1&R2的實際值。其—例顯示於以下。其中，^ 此由於由等效串聯電阻近似求出輕合係數，因此將輕人 數標記為kr。如後所述，將由電感求出㈣合係數標= 319286 35 200824216 ki 〇 根據已知的電路理論，若將I馬合係數設為kr、將互感 設為Μ、將1次侧線圈的自感設為L1、將2次側線圈的自 感設為L2時，則成立M2= kr2 · L1 · L2的關係。若在1 次側線圈與2次側線圈使用相同線圈，由於形成R1 = R2、 L1 = L2 ’ 因此在滿足 ω 2L22 > > R22 時，即得 a2 = 2M2 / ( 6；2L22 + R22) = ω2Μ2/ ( 6；2L22) = kr2 · Ll/L2 = kr2。因此，由（ri +a2R2)，形成（Rw+kr2Rw) =Rs , 以kr2气（RS— rw) /rw而言’近似求取匕^而得匕‘ \Γ ( (Rs—Rw) /Rw)。 其中，關於是否滿足〇2L22>>R22,若為相同線圈， 由於Ri = r2、li = l2,因此計算^liVrw2,在該值為 50，上時所求取的耦合係數的值係判斷為誤差2%左右。 在第9圖至第12圖、第16圖、第17圖中，若為撕沿 至30kHz以上，則ω 2L1 Vrw2 > 5〇。在滿足以> ^的頻 率區域中，如上所述，係可由Rw、Rs近似求取輕合係數 合，在形成Rs<Rw的頻率區域中，必須為正的a2 曰艾、，應為正的輕合係^kr的平方y亦會變 因此無法由等效串聯電阻Rw、Rs 耦 、 述⑷式可知，於第8圖中，並益法二數’而由前 各η 友水出Rl、R2的會陴枯 二數 互…一兩線圈 319286 36 200824216 在理論上並不可能。 m 在不滿足Rs>Rw之條件的頻率區域中，如上所述， 第=圖之等效串聯電阻R1及μ的值為不明。此外，線圈 的等效串聯電阻Rw變大，即使電流1流至i次側、2次側 之任一者的線圈，因R1XI2、R2xI2所造成的電力損失會過 大，而使線圈發熱。由於該電力損失，使有效電力傳送效 率降低。其中’若將同一線圈均用在1次側、2次側，當2 XRW=RS時，輕合係數kr會變成1，因此Rs接近2xRw 即可。 首先，就將空芯線圈1A使用在一方及另一方線圈之 雙方的情形作為比較例來加以說明。將 在-方線圈及另一方線圈之雙方。此時，根據第圈9;= 芯線圈滿足Rs> Rw的最高頻率fl約為67kHz。亦即， 空芯線圈1ΑΜ1#未達缝Hz。因此，若將使用有imm f包線的空芯線圈丨A使用在送電線圈及受電線圈之雙方 % ^只可達成與日本專利特開平22〇〇7號公報所記載之 比較例1的線圈相同的電力傳送性能。 曰本專利特開平4-122007號公報所記載之比較例J的 n線圈係將1_的究漆㈣㈣)單銅線捲繞25次而成 為平板且螺旋狀者，為與Π線目1A大致相同的構成。 本申請案發明人係將空芯線圈1Α滿足Rs>Rw之曰本專 ^特開平4-122007號公報所記載的5刪讀為電力傳送頻 卞而進行追加測试。當兩線圈的對向距離為零時，可將約 卿的有效電力傳送至與受電線圈相連制则的無 319286 37 200824216 電阻（non-inductive resistance )。可確認出日本專利特開 平4-122007號公報之比較例1所記載的電力傳送性能之一 半程度的電力傳送性能。 然而’在曰本專利特開平4_ 122007號公報中，係在1 a側線圈及2次側線圈使用相同線圈。因此，將本申請幸 苐9圖所示之空芯線圈1a作為一方線圈使用，使用如後 所述之第16圖所示之空芯線圈1F作為另一方線圈。如此 末’空4線圈1A之至少滿足Rs > Rw的最高頻率fl會 由67kHz上升至u〇kHz。結果，可使電力傳送性能比日 本專利4寸開平4-122007號公報記載的比較例1更加提升。 因此，即使為第9圖的空芯線圈1A，亦可藉由選擇相對向 之另一方線圈，在未使用磁性材等的情形下，直接以空芯 來提升電力傳送性能。 根據實際測試，關於空芯線圈1A，滿足Rs>Rw之條 ，的頻率係在相對向線圈為空芯線圈1A _，根據第9圖 約為67kHz，在相對向線圈為空芯線圈1F時，根據第u 圖、勺為110kHz ’在相對向線圈為空芯線圈時，雖未圖 示但為15〇他。藉由選擇㈣向的另-方線圈，可使空芯 =圈1A滿足Rs>Rw之條件的最高頻率打上升。其中， 2空芯線圈1A與空芯線圈1F相對向時，以、線圈π H 之條件的最高頻率為2MHZ。在如上所示的 為或中’由於空芯線圈Μ單體的等效串聯電阻h 之埶侔二二Γ數值，因此根據後述之藉由Rw所得 Ά 件的.RW(Tw—Τ3)/(Ι&2χθυ，可規定 319286 38 200824216 .可流至作為2次側線圈之空芯線圈1人的電流。 較佳為在組合使甩空芯線圈1A及空芯線圈1F時，如 •前所述，將前述交流電源的輸出頻率fa設定為未達打，俾 ’以未達fl=110kHz的頻率區域來傳送電力。當然，在fa， .空芯線圈1A、空芯線圈IF之雙方均滿足Rs>Rw。亦即V 在曰本專利特開平4_122〇〇7號公報記載的比較例i中，係 在送電線圈、受電線圈之雙方使用與空芯線圈1A大致 同的線圈。此時，空芯線圈1A滿足Rs>Rw之條件的! •高頻率fl約為67kHz。藉由組合使用空芯線圈 線圈IF’即使將空芯線圈以使用在送電線圈、受電：： 之任一者，亦可以67kHz以上來傳送電力。此外，於日 專利特開平4-122007號公報記載的比較你"中所記葡 50kHz中，亦可提升電力傳送性能。 、 如則所述，藉由組合使用空芯線圈丨A及空芯線 1F，可提升空芯線圈1A的fl。於本發明中，係在一方 籲圈的fl較低時，選擇一方線圈的fl高於預定頻率（例如 l〇〇kHz)的線圈作為另一方線圈。將如上所示所選出的一 方線圈與另一方線圈組合而構成電力傳送裝置。藉由形 如上所述的構成，可以較高頻率來使用線圈。並^，可 善電力傳送裝置之電力傳送性能。 亦即，首先，選擇一方線圈及另一方線圈。於— 匡I xht b 圈中，！測RW、Rs、Rn之各頻率特性。根據量測資料， 求出一方線圈滿足Rs > Rw的最高頻率fl。由第13圖可 知，在f 1較高的線圈組合中，電力傳送性能的頻率特= 319286 39 200824216 t佳。接著將交流電源Va的輪出 b ^ ^ ^ 、千1a叹疋為未達Π。如 上所不了，現電力傳送性能佳的電力傳送裝置。 使用有單導線的線圈1B至m，龙 ，^ ^ f 1 A77 /、滿足 Rs > Rw 的最 •间頻率fl均超過1〇〇kHz。將線圈IB至1D#為一方输圃，

將另一方線圈作為線圈1B至1D 中二求出滿足RS>Rw的最高頻率η。將電力傳送裝置所 父流電源Va的輸出頻率fa設定為未達打。如上所 不可實現電力傳送性能佳的電力傳送裝置。 接著，就滿足RS>R!^Rw的情形、以及未滿足Rs > Rn ^ Rw的情形之差異加以說明儿 ^ ^ 如刖所述，在空芯線 早體中，係藉由量測而正確求出該等效串聯電阻Rw， 但於構成為如第6圖所示的變量器中，如第9圖至第i3 圖所示，僅2次側線圈相對向，而在頻率較高區域中，幻 由Rw上升至Rn。R i们次側線圈的等效串聯電阻，而 第5圖之R1 (與Rw相同）的頻率特性與第6圖之叫盘

Rn相同）的頻率特性之差異係藉由在第9圖至第η圖所 描繪的Rw及Rn的曲線圖得知。 此外，由Rw及Rs求取前述之A2,且取得A2的平方 根，藉此可近似求出耦合係數kr係如上所述。 在第14圖中描繪出空芯線圈1E之由Rw及Rs求出的 耦合係數kr、在第16圖中描繪出空芯線圈1F之由Rw及 Rs求出的耦合係數kr。如第14圖所示，在空芯線圈1£ 中，隨著頻率上升，Rn增加的比率較低，至約3·7ΜΗζ為 止，均滿足RS>Rn2Rw。如第16圖所示，在空芯線圈 319286 40 200824216 ‘ IF中，隨著頻率上升，Rn急遽增加，當形成^隨z以上 的頻率區域時’即形成RS < Rn。 . 若觀察由RW&RS近似求取之兩線圈間的耦合係數 .kr與頻率的關係，可知空芯線圈1E至約2MHz為止，係 保持搞合係數]〇*為約〇.8以上的值，相對於此，在空芯線 圈1F中，耦合係數kr係由為1〇〇kHz時的ο;左右，隨著 :率上升而降低，在1MHz中降低至〇65左右。因此，變 得未滿j、Rs>Rn^Rw的頻率係以儘可能較高者為佳。 f月=滿足Rs > Rn g Rw之條件的頻率區域使用線 糟使弟5圖之線圈單體及構成為如第6圖所示的變 里益之任一者均接近理論上的理想特性 術更加提升電力傳送性能。 “知技 八、、:而，依據頻率區域的不， 變成Rn、p丄 卫禾滿足Rn = Rw，而 >RW，由於受到如的影響，因此於第 無法正確求出R1艿α %弟S圖中，亚 u出m及R2的值。此外，Rl、 圖所不之RL·而變動。亦即，益山、、ώ 队课罘38 紅、R2會發生變動，Α 日广至幻、R2的電流， 因此於第38圖中，、/广亦=據頻率的不同而發生變動， 際的正確值。 你电刀得迗日寸之Rl、R2實 其中’於本實施形態中， >Ri^Rw 之 2 個條件 =s>Rw、Rs 的情形。然而，如第13Rm 載使同-線圈相對向 同的任音圖所示，使構造、構成、外徑等不 日]饪忍2個線圈相對 Η工寺不 之任-者進行量測即可才次侧線圈、2次側線圈 亦可不使同一線圈相對向來進行 41 319286 200824216 測量。 此，，關於有關Rs>Rn^Rw之規定的詳細作用效 果，係參照空芯線圈1F、空芯線圈1G而容後詳述。 接著》兄明RW$ (Tw_Ta) / (Ia2x0 i)的關係。如 上所述，在第38圖中，實際上將電力傳送至負載電阻RL 時之線圈的等效串聯電阻R1、R2並不明，結果於第7圖 中，在電路理論上會變成R1>Rw。亦即，除了最低限度 ^ RW為基準以外，無法規定線圈的熱條件。因此，必須 最低限度以RW為基準，來規定線圈的熱條件。 在實施本發日㈣，線圈之熱電㈣ww)係依線 圈的構造或設置條件來決定。例如，當_為空芯單體時， 二若將線圈固定在熱電阻較小的樹脂内而且設置 夂τ (9 1則較低。線圈為可動作的溫度π (。。）係 2線圈的構造或用途來決定，在組入隔熱性佳的殼體内 或者如變壓器般組入機器内部時等，為例如耽至帆， 在設置在人體、動物等可觸碰之處時等 關於供設置線圈之場所的周圍溫度Ta(t:)，在宫： 等係例如_ 20°C至40。(：，在室内等择你 。 在機器内部等則係例如4(rc至5〇<t Y , 15C至30。(：， 通常物體的溫度愈S，财周圍散4 正確而言必須解出熱擴散方程式，但關於錄^匕 線圈：由於難以加入比熱等熱常數來解出熱的 因此猎由下述方法，簡單求出熱電阻^ ( 工 首先，在供設置1次#彳$ 9 ^ 側次2次側線圈的場所，先求出 319286 42 200824216 ‘ f始狀態之線圈溫度Ti(t)。將直流之定電流1(1(八） ‘流至Η述線圈，而量測前述線圈之兩端電屋vd(v)，形 ，成pd=vdxld (w)，而求出前述線圈之消耗電力。金屬 •導線在溫度上升時，其電阻值會增加，線圈之兩端電壓Vd 會上升，因此Vd較佳為以筆尖記錄器（pen rec〇rder )等 進仃記錄而求取平均值，或者以A/D轉換器等逐次監視 而求取平均值。若達到熱平衡，即進行測量線圈電阻 _ 丁2 ( C )。熱電阻 i ( t / W)係形成 0 ( T2 — T1 ) (c / w)而求出。该測量最好係改變id的電流值而 測量數次，且作為平均值而求出。 右將藉由以實際之使用條件下之線圈的等效串聯電阻 ( Ω )與流至線圈的電流Ia ( A )所決定之由等效串聯 電阻Rw所消耗的電力RwxIa2 (w)乘以如上所述所求出 的熱包阻0 1 ( C/w)時，即求出以實際之使用條件下之 線圈的/皿度上升值Tr ( 〇c )。當丁r = 0 kRwdf ( ^ )， •將，圈彳進行動作的溫度設* TW ( t )、將供設置線圈 ^穷所的周圍溫度設為Ta ( °C )時，即得Tr= Tw— Ta， 畜不滿足不等式Tw~Ta^ 0ixRwxIa2(t：)時，由於超過 、、友圈的可使用溫度，因此難以實施本發明。 關2於等效串聯電阻尺'(〇)的條件(Tw-Ta) (a x 6» 1)係將前述不等式變形，而規定或的條 ^ ^傳达電力的頻率中，等效串聯電阻Rw係以1次侧 2、人側線圈單體實際測量所求得的變數，係亦實際測量 而求取流至1次侧或2次侧線圈的電流la或者於1次側依 43 319286 200824216 ,據電源條件來決定、於2次側則依據負載條件來決定的變 —數其他的Tw、Ta、Θ i則為已知的常數。因此，若求得 .肠，即規定la的上限值’相反地，若決定Ia，則規定— 的上限值。 t 係直流電阻Rd與交流電阻Ra的和，由於⑸與 Rw係可直接實際測量，因此藉由決冑以，可規定藉由繞 線數所增加之作為別與以之和的等效串聯電阻肠的上 限值，根據等效串聯電阻Rw與頻率的關係，可規定可 送電力的頻率範圍。 ' lVxlOA、與i〇VxlA的任—者均同為！，的電力， 而關於因線圈的等效串聯電阻所造成的電力損失，i〇A的 情形係1A的100倍。當非為電力，且無論！次側、2次例 而考慮流至線圈的電流1&，且不規定因線圈的等效串聯電 阻所造成的電力損失時，並無法改善在2個線圈間之電力 傳送性能。 在本發明之各實施形態中，藉由未配備磁性材料的空 芯線圈，嫩係數為〇.9左右以下的疏姆態下，實 現在2個線圈間在以往為難以進行之可傳送大電力的空芯 =。如前所述’電力因數雖為〇.5以上，但在疏輕合狀 =下，投人至！次側線圈的無效電力有時 電 力的情形。 、匁双电 電力因數由i降到〇.5時，藉由視在電力流 ㈣的電流係變成A倍，由1次側線圈之等效串聯電阻 RW所造成的損失即變為2倍。而且，當電流流至與2次 319286 44 200824216 側線圈相連接的負載電阻時，葬由* / 4私I寸猎由々,L至2次側線圈的電流 • ^產生的磁通量會貫穿形成1次侧線圈的導線而產生渦流 ，損失，而使/次側線圈發熱。因此，不等式Rw$ (Tw — )/ ( a χ (9 i)較佳為滿足貫施本發明，若不滿足時， 即難以實施本發明。 、 斤其中，於傳送電力的頻率中，若滿足Rs>Rn^Rw， 於第38圖中，電源的内部電阻R3若為與Rw相等以下的 值，則由負载電阻RL觀看到的2次側線圈由於視為i次 侧予以短路，因此R2係成為與RS大致相等的值。因此， 於2次侧線圈中，若滿足Rs$ ( Tw—Ta) / 〇 時則更佳。此外，於第38圖中，R1的值雖為不明，但在 1次側線圈中若亦滿足Rs$ (Tw—Ta) / (Ia2x0i)時則 更佳。 但是，在一般之變量器中，磁通鏈（flux linkage) φ C、漏磁通及耦合係數k的關係為k2= 〇c/ ( (|)C + φ _ g)、1 —k2= ( φί5 + 〇g)，誠如所知，磁通鏈(De 係傳達有效電力。漏磁通(!)§誠如所知係造成施加至電抗 性元件的電壓V與所流通電流I的積的無效電力。 於線圈中，由於前述I的相位係比前述V的相位慢90 度’因此若將V的瞬間值與I的瞬間值相乘而進行1週期 積分時電力會變成零，因此，作為電抗性元件的線圈並不 會消耗電力。在該領域中，載明漏磁通會發生能量損失， 而為了提升磁通鏈比率，對線圈形狀加以規定的文獻雖已 見多數，惟如上所述，漏磁通並不會消耗電力。 45 319286 200824216 、，因此，假設等效串聯電阻^為小到 。 亚無關於漏磁通的比率，而可傳送大電力。：而、：度’ 專利特開…_號公報所揭示之構成的線而圈= 串聯雷阻]^ w雜t 、、、裏圈中’專效 M、，但是由於線圈的自感 因此電力因數明顯报小。因此，由於變得必;;; 在電力供給至1次側線圈，因此為了實現適於傳：：視 =必須規定線圈的… ia 了月b细小專效串聯電阻rw。 力傳送之頻率 南頻率的π、 而可將前述空 將施加至空芯 其中’可將本發明之空芯線圈使用在電 的上限係可藉由規定前述滿足Rs>Rw之最 滿足Rs> Rng RW之最高頻率的f2來求取， 芯線圈用在電力傳送之頻率的下限係可藉由 線圈單體的電壓V、及流至空芯線圈單體的電流工的相位 差規定為80度以上來求取。 其中，雖未圖示，但在滿足Rs > Rw之最高頻率f丨較 _低的空芯線圈1B中，至未達5kHz為止，前述v與前述I 的相位差為80度以上，在滿足Rs> Rw之最高頻率fl超 過10MHz的空芯線圈ig中，若未達20kHz，則前述v與 前述I的相位差為8 0度以下。 如前所述，若參照第1〇圖，空芯線圈1B滿足Rs> Rw之最高頻率fl約為210kHz，滿足Rs> Rn^ RW之最高 頻率f2約為75kHz。藉由規定滿足Rs > Rw之最高頻率fi 所得之空芯線圈1B之可使用頻率區域為5kHz至 210kHz，藉由規定滿足rs> Rn- Rw之最高頻率f2所得 46 319286 200824216 ，之空芯線圈1B之可使用頻率區域為5kHz至7处沿。如上 •所述，可將本發明之空芯線圈在接近理論上之理想特性的 頻率區域中使用。在第11圖中描繪空芯線圈lc之前述相 位差。在滿足Rs > RW之最高頻率fl高於空芯線圈之 fl的空芯線圈1C中，前述相位差為8〇度的頻率係為約 8kHz，比 5kHz 猶高。 ..... 如上所述，根據本實施形態，藉由規定空芯線圈“ 之導線11的線徑、線圈外徑及i數，可確保所需之自感與 耦合係數k。此外’可規定空芯線圈la之電流值的2 限、或者用以決定空芯線圈la之等效串聯電阻Rw的匝數 的上限，當連接負載電阻時的電抗x與純電阻R的比X/ R、以及施加至線圈之交流電壓與交流電流的相位差p為 極小’電力因S cos p為極大，而且在等效串聯電阻r 小的頻率附近使用空芯線圈la，藉此可減低電力傳送時=

無效電力、視在電力。並且，可將有效電力效率提高 如85%以上。 1 J 、第18A圖係使用在第丨圖所示空芯線圈之其他導線 剖視圖。在第2A圖中’雖使用剖面為圓形者作為單導 12,但可使用如第18A圖之例所示在剖面為橢圓形之單導 線12a施加有絕緣被覆件13a者、或如第i8B圖之例: 在剖面為多角形之單導線12b施加有絕緣被覆件说: 等。於該例中，以絕緣被覆件13a、13b而言，亦可為如奏 包線（fonnai wire)般厚度雖薄但堅固的被覆件、或= 乙烯基線般厚的被覆的任一者。 319286 47 200824216 , 但是，在第1δΑ圖及第18B圖中，表示最大外徑“ 的線^為與捲繞導線的面呈平行。此在本發明之其他實 .%心了、中亦為相同。此外，當相鄰接的導線相密接時，較 為以使$線的接點為點的方式，相對於捲繞面來決定導 線剖面的方向。 ' 第19圖係將導線捲繞成剖面傘型之空芯線圈的剖視 圖第2A圖所不之空芯線圈u係將導線^捲繞成平板 二心單層螺旋狀，相對於此，第19圖所示之空芯線圈b 響係以使剖面成為傘型的方式形成為空芯單層螺旋狀。 此日π ’第19圖之繞組寬度為di、内徑為d2，以2χ D1 + D2為導線之最大外徑尺寸dl之25倍以上為條件。 其中，表示2個繞組寬度D1的線所呈角度θ較佳為設定 在180度至90度之間。但是，於第19圖中，繞組寬度〇1 為内徑D2的大約1/4以下，而且當已短路的線圈相對向 時，若滿足前述Rs>Rw，亦可形成Θ接近零的螺旋形狀。 φ 第2〇A圖係用以將第19圖所示捲繞成剖面傘型之空 芯線圈lb的磁場強度與第2A圖所示剖面平面型之空芯線 圈1 a的磁場強度進行對比而加以說明之圖。如第圖 所示，第2A圖所示空芯線圈la在平面位置的磁場強度會 在中央部分變強而愈往周邊磁場強度愈弱。相對於此，在 第20A圖中係顯示使第19圖所示捲繞成剖面傘型之空芯 線圈1 b上下相反時在平面位置的磁場強度。如第a圖 所示，捲繞成剖面傘型的空芯線圈lb係可在線圈面上的整 面獲得大致均勻的磁場強度。 319286 48 200824216 繞 此外，空芯線圈lb亦可以剖面晝出波線的方式予以捲 /第2/圖係將導線捲繞在絕緣材上之線圈的剖視圖。該 ，係將第2A圖所示之空芯線圈la配置在絕緣材$上，將 絶緣性樹脂6塗布在空芯線圈u之單導線u上者。在該 例中’由於係使作為絕緣構件的絕緣性樹脂$谊 =予以固定’因此可防止空芯線圈la變形。亦可=絕 ，性樹脂6而以接著劑將空芯線圈la固定在絕緣材$上。 【成如上所示的構成，可減低熱電阻…而可抑制線 係將5mm左右的絕緣材5設置在兩線圈間， -Μ吏在1次側與2次侧之間有j萬v左右的電位差， 成問題。此外’由於可使熱電阻^降低而減低 線圈鲞熱，因此可傳送大電力。 =及第22B圖係顯示本發明之另—實施形態之 it 芯線圈之圖’第22A圖係顯示俯視圖， 弟2B圖係放大顯示沿著第22A圖之線冰，的刊面。 而士 = = Γ所示之中’係將在以單導線12 件=Λ .4醒以上的單導線12施加有絕緣被覆 ㈣線11捲繞成平板空芯單層螺旋狀，如第22Β圖 所不，在空芯線圈lc之相鄰接的各導線^ 以上的空隙t而予以疏繞而成者。 ' 可為：漆包線(formalwire)般厚度雖薄但堅固 件、或者如乙烯基線般厚的被覆件的 有。此外，由於 319286 49 200824216 ，在相鄰接的導線11間設置空隙t，因此亦可使用未施加絕 緣被覆件13的裸導線。當最大外徑dl未達〇 4mm時，係 • °又置t dl/2的空隙。其中，本實施开义態中，關於後述之 ，其他貝施形恶的導線亦為相同，將最大外徑dl標記為廿。 於本實施形態中，空芯線圈lc係構成為當線圈外徑設 為D時，至少線圈外徑D為單導線12之最大徑的乃 么以上而且^Γ線丨j之繞線數為8以上。此外，以滿足空 芯線圈lG之自感至少為2/ζΗ以上為條件。 此外田將傳送電力之頻率中之空芯線圈1 〇單體的 效串聯電阻設為Rw(i})、將使2個第22α圖所… 芯線圈k相對向而將相對向之一方線圈予以短路時之: 一方線圈的等效串聯電阻設為ΜΩ)時，若將滿足Rs >肠之最高頻率設為n，則作為送電線圈之 另-方線圈係以未達fl的頻率fd予以驅動。、、圈或 方予將傳送電力之頻率中之前述相對向線圈的— :開放％之另一方線圈的等效串聯電阻設為Rn(i)) 時，若將滿足Rs>Rn>Rw夕早古相方 ^ 、U ) 電後圖之W门 貝率設為f2’則作為送 电線圈之-方_或另—方_細未達 以驅動。 』4卞ία予 此外’ §將空芯線圈lc的熱電阻設為 將空芯線圈1㈠々容許動作溫度設為Twrc)、將„蓄、 ，線圈^之場所的周圍溫度設為Tar〇、將傳以 日^流通至空芯線圈lc的交流電流 專^力 —〇的關係。（卜即)馬足 319286 50 200824216

如第2B圖所示，當密繞單導線時，因於導線流通的 電流所產生的磁通量φ會貫穿相鄰接的導線，而在相鄰接 的導線内發生渦流，並且由於前賴流，使在導線中流通 的電流文到影響，而使等效串聯電阻Rw增加。在該實施 形態中，如第22B圖所示，係設置空隙，藉此因於相鄰接 之一方導線流通的電流而在導線附近產生的磁通量①變得 不會貫穿相鄰接的導線，故可抑制由於磁通量φ貫穿相鄰 接的導線而在相鄰接的導線内所發生的渦流損失。 外 由於渦流損失係與頻率成正比增加，因此藉由在相鄰 接的導線間設置空隙’可防止因頻率上升而導致等效串聯 电阻Rw ：1曰加。其中，導線j丨附近的磁通量①較強，若 微離開導線η，磁通量φ會急遽變弱，因此即使為微小空 f亦具有效果，空隙寬度雖可擴大為任意尺寸，但若過於 f大，會有變得無法確保8次繞線次數的情形或者線圈之 自感在2从Η以下的情形。 罘23圖係將第9圖所示之密繞的空芯線圈ια單體的 串耳"阻Rw、及第14圖所示之疏繞的空芯線圈π 二:的線圈等效串聯電阻Rw的頻率特性予以比較之圖。 昂23圖所示’當頻率上升時，疏繞的空芯線圈化與密 二線圈1Α相比，可抑制線圈之等效串聯電阻Rw ^曰〇。此外，在同一外徑的線圈中，由於繞組的全長變 丑，，此可將直流電阻抑制為較低。 第Μ圖係顯示當將〇·4_的漆包線捲繞成25區時， 、、、之等效串聯電阻的頻率特性會依空隙寬度的不同而如 319286 51 200824216 -可受化之圖。空隙寬度雖設有心㈣如㈣如叫 ‘但可知較寬线可抑制隨著頻率上升所伴隨之等效串^ 阻的增加。其中，由於_形成為相同，因此空心： 愈見，線圈外徑愈大，且構成線圈之銅線全長會變長， 此在低頻率中，等效串聯電阻係以未設置空隙者較I 但是，由於渴流損失係與磁通量所貫穿之導體體 正比，因此若單導線的最大徑不是0.2mm以上時，即使 導線間設置空隙t，因頻率上升造成線圈之等效串聯電阻 的增加率並不會降得那麼低。由f 15圖之密繞線徑 0.2mm之單導線而成之空芯線圈單體的頻率與等效串聯雷 阻Rw的關係來看亦可知若為線徑〇 2酿，因頻率上升造 成等效串聯電阻的增加率會變少，若為線徑〇 2職的單導 線，即使設置空隙，亦不太能改善等效串聯電阻Rw的頻 率特性。 ' 使用第12圖所示之線徑〇.3_的單導線並捲繞成31 ❿匝而製成外徑30mm的線圈1D的自感約為19#H。將線 圈1D捲成雙層之線圈的自感約為76#H，獲得的結果與 自感與E數平方成正比的理論大致相同。捲成雙層之線圈 的等效串聯電阻的頻率特性係比單層繞線差，滿足Rs>Rw 之最高頻率fl亦較低。但是，在等效串聯電阻較低的低頻 率區域中，由於可確保電抗，因此有時亦會有形成雙層繞 線且以低頻率使用者較為有利的情形。 其中，將以雙層捲繞線圈1D而成的線圈使用在一方 線圈及另一方線圈。以雙層捲繞線圈1D而成的線圈滿足 52 319286 200824216 ' Rs>Rw之最南頻率為55〇kHz，由於電感較高，因此即使 以未達2—50kHz的頻率來使用，亦可確保所需要的電抗。 • 於第15圖中，將線徑0.2mm的單導線予以密繞時， •在5kHZ的等效串聯電阻Rw為0·83 Ω。在lMHz的等效串 耳外包阻為2·16 Ω ’且等效串聯電阻的增加率為 = 2·60,小於將後述之線徑lmm之單導線設置空隙而捲繞 f的空芯線圈1E的增加率7·6。但是，在線徑〇2mm的空 ^線圈中由於的絕對值會變大，熱電阻0丨會變小， 因此必須選擇適合所傳送之電力值的導線徑，以滿足Rw $ (Tw—Ta) / (Ia2x0i)的關係。 以下麥照第14圖說明作為本實施形態之一例之空芯 線圈1E的特性。於空芯線圈1E中，雖使用直徑丨㈤㈤的 漆包線，但是可知在5跑至約3·7ΜΗζ之間，滿足Rs> Rn2Rw的條件。觀看第23圖可清楚得知，即使使用完全 相同的漆包銅線’藉由設置空隙來繞線，使因頻率上升造 _成的等效串聯電阻的增加率明顯改善。 由於由圖中難以讀取，故以具體數值表示。時之 空芯線圈1八的1^約為0 08Ω，空芯線圈1£的1^約為 Ω 1MHz時之空芯線圈1Α的Rw約為3·8 Ω，空芯 2圈巧的Rw約為〇·38Ω。若由因頻率所造成的增加率來 空芯線圈认為3·8Ω//0·08Ω=47·5，在空芯線圈 沾^\〇·38Ω//〇·〇5Ω =7·6。如上所示，空芯線圈1Ε單體 并去政串聯電阻Rw的頻率特性大幅獲得改善，即使為高 頻率，由於等效串聯電阻Rw較低，因此若使用空芯線圈 319286 200824216 ;1E，即可以高頻率來傳送電力。由於上述實施形態的線圈 的最高頻率f 2亦較高，因此電力傳送特性佳。 • >上所述’藉由在相鄰接的導線間設置空隙，可明顯 改善隨著頻率上升而伴隨之等效串聯電阻的增加率。相對 於經改變線材的日本專利實開平6_29117號公報的新型專 利，在本發明之實施形態中，係以相同線材來實現如前所 述的性能改善。此外，在日本專利實開平6_29117號公報 中’雖未記載電感，但是細z中之空芯線圈ie單體的 自感約為6.9/zH、電抗Xi約為仙、等效串聯電阻^ 約為 0.38Ω、線圈的 Q 為 Q=：Xi//Rw；=43/〇.38 性能非常佳。 另一方面’麵z中之空芯線圈1A單體 為 電抗Xi約為刚、等效串聯電心約為3 83 =、線圈的 MQ = Xi/Rw= 145//3.83m84^ 圈1E在高頻率的特性係比空芯線 ^ ^ ^ 1 Δ , u 圈1A更加明顯改善，與 可知等效串聯電阻較低的空芯線圈π 雖/、、、、電感JV低，但在南頻率亦可使用。 第25A圖及第25B圖係顯示本發明之另— 之電力傳送裝置之線圈之圖，第25α Λ ^ y ^ 25B R ^ ^ 4-. 弟A圖係頭示俯視圖，第 別圖係放大顯示沿著第25A圖之線3b_3b的剖面。 该貫施形態中，空芯線圈ld之外 11係相密接而密繞，内周部中相鄰接的導線相^接的導線 空隙的方式予以疏繞而捲繞成平板以具有 U早層螺旋狀。結 319286 54 200824216 果，如第25B圖所示，設在 的導線間之u寬度tl料於相鄰接 相鄰接的導線間之空隙寬度t2。 卫〜攻圈ld内周部的 於本實施形態中，空芯線圈u播 一 為D時，線圈外禋D至少為單導線12之最^線圈外徑 倍以上，而且導線11的繞線數為8以上。並且I &的25 圈ld之自感至少為以上為條件。、’，以空芯線

t卜Θ將傳Μ力之頻率巾之空芯線11 Id單體的等 ，聯電阻設為Rw⑻、將使2個 ：=:

芯線…對向而將相對向之-方線圈予以 -方線圈的等效串聯電阻設為Rs(i})時，^將滿万另 >Rw之最高頻率設為fl，則作為送 方 S 另一方線圈係以未達fl的頻率fd予以驅動。—方線圈或 此外，當將傳送電力之頻率中之前述相對向線圈的一 方予以開放時之另-方線圈的等效串聯電阻設為如（ 時，若將滿足Rs>Rn^Rw之最高頻率設4 f2，則作為送 電線圈之-方線圈或另一方線圈係以未達f2的頻率fd予 以驅動。 此外，當將空芯線圈1 d的熱電阻設為0 i ( 〇c / w )、 將空芯線圈Id的容許動作溫度設為Tw(〇c)、將設置空 芯線圈1 d之場所的周圍溫度設為Ta ( 〇c )、將傳送電力 時流通至空芯線圈ld的交流電流設為Ia ( a )時，即滿足

RwS (Tw〜Ta) / (Ia2xw)。 經禮、繞之空芯線圈所產生的磁通量密度由於在外周部 319286 55 200824216 附低，在内周部較高，因此將空芯線圈id構成為將外 、周^ =繞、將内周部疏繞，藉此可儘可能將線圈面上的磁 •通里在度形成為固定，而可減輕與空芯線圈丨d相對向之線 .圈的相對位置發生變動時之可傳送電力的降低。由於内周 部磁通1密度較高，因此藉由設置空隙，可防止渦流損失。 空隊的作用效果係如前所述。 …一由於上述實施形態的線圈之等效串聯電阻RW在寬頻 率乾圍較低，滿足Rs>Rn^Rw之最高頻率f2亦較高，因 .此電力傳送特性佳。 第26圖係顯示使用在本發明之另一實施形態中之電 力傳运裝置之線圈的裸|導線之集合體的剖視圖。前述實 施形態係使用在單導線12施加有絕緣被覆件13者作為導 線11，相對於此，本實施形態如第26圖所示，係使用利 用絶緣被覆件13c覆蓋最大徑d2為0·3ππη以下之裸單導 線14之集合體（即所謂乙稀基線）之導線。裸單導線μ •較佳為不要搓捻。 士裸單導線的集合體若僅為裸單導線的集合而不搓捻 時，其集合體無法保持作為電線的形狀。避雷針的接地線 被稱為鬼捻線，已知不以單向間距搓捻複數條裸單導線而 為隨機搓捻，藉此降低等效串聯電阻。 士此外，當對複數條裸單導線14的集合體加大強捻間距 =，裸單導線14彼此相密接，而使第26圖的導體剖面與 =2Β圖的單導、線12相同，因此無法減低集膚效應或渦流 才貝失的影響。但是，參照使用lmm的單導線所形成的空芯 319286 56 200824216 線圈IE，如後所述使用裸單導 導線，在導線間設置空隙而進丛集合體作為形成線圈的 適當搓捻者在高頻率的特性較佳 、f恰亦胃有施加 基線而製成的線圈在大部分的产'形。貫際上捲繞乙烯 帶為止為滿足imhz以上的頻 以捲繞方法而言，可適用如

的導線U密接捲繞的方4，或者/ f所不’使相鄰接 鄰接的導線11間設置空隙而谁/ D卑 圖所示，在相 可藉由捲繞成平板空芯單層蟫# 方法均 〜4、·. 早層螺方疋狀而形成線圈。其中，♦ 雄％導線11c時，可在與相鄰接的導線之 由ρ田 覆件13造成的空隙，且與第22 张_ B °又、七、，彖被 .. ^ A圖所不之實施形態相同

地，猎由設置空隙，而如第22β 务 U 古道仏* 圖所不，藉由在相鄰接之 線流通的電流而在導線附近產生的磁通量φ變得不 ΐ貝牙相鄰接的導線，而可抑制由 & 丨制由於磁通量φ貫穿相鄰接 的^線而在相鄰接的導線内所發生的渦流損失，並且防止 =前述渦使流通於導線中的電流㈣影響，而可減低等效 串聯電阻的增加。並且，亦可減低集膚效應的影塑。 上述實施形態的線圈由於等效串聯電阻肠在寬頻率 範圍較低’滿足RS>RQRw之最高頻率f2亦較高，因此 電力傳送特性佳。 第27A圖及第27B圖係顯示在用以形成本發明之另一 貫施形態中的線圈的導體内部具有絕緣層之電力傳送裝置 的線圈之圖’ f 27A圖係顯示俯視圖，帛27B圖係放大 顯示沿著第27A圖之線4B-4B的剖面。第28A圖及第2紐 319286 57 200824216 圖係使用在第27B圖所示線圈之導線的剖視圖。 本實施形態係將以聚胺酯（P〇lyurethane)等透明樹脂 作為絕緣被覆件16而包覆在第28B圖所示的單導線i 5之 導線8例如具有第28A圖所示之剖面構造的集合體導線的 lid (亦稱為李茲線（Litz wire))作為形成線圈的導線來 使用。

於第28A圖所示之導線lld中，由於導體15之剖面 積與絕緣被覆件16之剖面積的比率係藉由導線徑或導線 内部之導體分割數等而蚊，因此雖不能—概而論 線lid係利用分別施加有絕緣被覆件16的集合體（例如7 條單導線8)所構成。單導線8係當將除了絕緣被覆件W 乂外的&體15的最大控設為d4時，較佳為d4為 以下，而且選擇絕緣被覆件的厚度“為（料）/3〇以上。 此外，由於絕緣被覆件16以外的空氣層亦為絕緣體層，因 而考慮如第28A圖所示’料含有7條單導❹之最小圓， 且”該圓内接的正六㈣，若計算前述正六角形的面積及 m d4之‘體15的合計剖面積時，則導線剖面中之 絕緣朗的比率亦包含空氣層在内，約為11%。 如第27A圖所示，空芯線圈le係將導線lld如第27B ^ ΓιΓ.予/乂夕層密繞在由絕緣性樹脂形成的線圈架 ° m 7而構成。空芯線圈le係構成為：者將唆圈外 徑設為D時，綠園认^ 風馬田將線圈外 、 徑至少為李茲線lid之最大徑d3 :足二二上’而且導線Ud的繞線數為8以上。並且，以 …心線圈1e之自感至少為2/ZH以上為條件。 319286 58 200824216 此外，當將僂读带丄 、、包力之頻率中之空芯線圈le單體的箄 效串聯電阻設為Rw f n、 ^ # ^ 1 Ω }、將使2個第27Α圖所示之介 忍線圈1 e相對仓而收丄 工 字相對向之一方線圈予以短路時 一方線圈的等效聿庐齋咖 为 n 即電阻投為Rs ( Ω )時，若將滿足Rs > Rw之隶高頻率执盔ρ 貝卞δ又為fl，則作為送電線圈之—方 另一方線圈係以未達η的頻率fd予以驅動。 此外，當將傳送電力之頻率中之前述相對向線圈的一 方予乂開放日守之另一方線圈的等效串聯電阻設為如（ ^•右將滿足RS > Rn^ Rw之最高頻率設為f2，則作為送 電線圈之一方線圈戋另—古餘 、 &固A另方線圈係以未達f2的頻率f d 以驅動。 此外，當將空芯線圈le的熱電阻設為0i(t：//w)、 將空芯線圈le的容許動作溫度設為Tw (亡）、將設置* 怒線圈le之場所的周圍溫度設為Tarc)、將傳送電: 時流通至空芯線圈le的交流電流設為Ia(A)時，即以纪 ⑩滿足 Rw$(Tw—Ta)/(Ia2x0i)。 第2 7 A圖所示之實施形態雖將由第2 8 B圖所示之複數 條單導線8的集合體所構成的導線Ud予以多層密繞在線 圈架7,但並非限定於此，亦可為第2A圖所示之單層密 繞、第22A圖所示之單層疏繞、或可為第25A圖所示之外 周部中相鄰接的導線係相密接而密繞，内周部+相鄰接的 導線係具有間隙而予以疏繞。 由於上述實施形態的線圈之等效串聯電阻Rw在寬頻 率範圍較低，滿足Rs>WRw之最高頻率β亦較高，因 319286 59 200824216 ▲此電力傳送特性佳。此外，於〜^ 線搓捻數條而形成A w M也形恕中，亦可將李兹 、 /飒馮1條捻線，， 捻而形成粗的電線。 騎致條珂述捻線彙整搓 ，在此參照空芯線圈1F、空 dw之規定的詳細作用效果加以說^月G錄於心> 如 李兹線係具有並聯連接用以 自感La、Lb等之如第29 H 錄線之各漆包線的 兹線設置間隙而捲繞成平板 旋^路者。即使將李 由於心m罝〜Γ 亦不太獲得改善，相反地， 二;=感降低，線係藉由各漆包線間 亦即，行w士/ 而形成時之自感改變者。 多層繞線）數、外形等線方式（密繞、疏繞、 的特性改變。 、Μ ’而使作為線圈形成時 第16圖所示之空芯線圈1F及第17圖所示之处 >圈1G所使用的導線均同為導 U、 件的厚度為0.05酿，利用=5議、絕緣被覆 „ ^ , 不』用梱束75條導線外徑為0.06mm ^包“成的李1線’空芯線圈1F係密繞3〇次成為外 徑70麵’空芯線圈1G係密繞2〇次成為外徑5〇麵。 若利用第16圖、第17圖來將空芯線圈1F及空芯線 圈1G之Rw、Rn、Rs的頻率特性相比較，在空芯線圈汀 中，形成Rs<Rn的點雖存在於78〇kHz以上，但在空弋線 圈i G中，至約2 ·! MHz為止均滿足Rs > -的糾、、。 其原因並無法斷定是否與搓捻方式或搓捻間距有關，.或者 319286 60 200824216 是否與匝數或外形、繞線方式有關。但是，若至少測量線 圈之Rw、Rn、Rs的頻率特性，即可判斷該線圈是否適用 於電力傳送裝置。其具體方法如下所述。 ’ 表1係記載由5.0kHz至Ι.ΟΜΉζ之各頻率中之空芯線 ' 圈1Β、空芯線圈1F、空芯線圈1G之單體電感Lw以及短 路的同一空芯線圈以距離零相對向時之電感Ls的值，以及 藉由以下所示之計算法而近似求得之耦合係數ki者。該表 之各ki為標繪（plot)在第10圖、第16圖、第17圖的 鲁ki。 〔表1〕 頻率 線圈1B 線圈IF 線圈1G Lw (幽 Ls (#H) ki Z Ls (//H) ki Lw (#H) Ls (//H) ki 5.0kHz 64.68 22.55 0.807 35.70 8.22 0.877 14.09 5.88 0.763 10.0kHz 64.64 22.55 0.816 35.70 6.25 0.908 14.08 4.69 0.817 20.0kHz 64.61 21.21 0.820 35.68 5.71 0.916 14.08 4.34 0.832 50.0kHz 64.51 20.85 0.823 35.68 5.56 0.919 14.08 4.24 0.836 100.0kHz 64.26 20.35 0.827 35.68 5.53 0.919 14.07 4.22 0.837 200.0kHz 63.75 19.77 0.831 35.68 5.53 0.919 14.07 4.21 0.837 300.0kHz 63 39 19.46 0.833 35.69 5.52 0.919 14.07 4.21 0.837 400.0kHz 63.16 19.23 0.834 35.70 5.52 0.919 14.07 4.20 0.838 500.0kHz 63.00 19.10 0.835 35.73 5.52 0.920 14.07 4.2G 0.838 600.0kHz 62.89 19.01 0.835 35.75 5.52 0.920 14.07 4.19 0.838 800.0kHz 62.75 18.87 0.836 35.82 5.51 0.920 14.07 4.18 0.838 1.0MHz 62.68 18.81 0.837 35.91 5.51 0.920 14.08 4.18 0.838 首先說明由線圈之電感變化而近似求取耦合係數ki 的方法。如上所述，當將第5圖中之線圈的自感設為Lw (Η)、將第6圖中之1次侧線圈之電感設為Ln (Η)時， 61 319286 200824216 •於第5圖、第6圖中成立u = Lw=以的關係，如第7圖 •所示，#將與1次側線圈相對向之2次側線圈短路時之工 次侧的電感成分設為Ls(H)時，即成立Ls= (l1 — a2L2) 的關係。與等政串聯電阻rw或Rn並不相同，實際測量後 亦形成L1 = Lw=Ln。關於LI、L2、A2係如前所述。 當在1次侧與2次侧使用同一線圈時，由於l1 = ;L2、 R1 = R2 ’因此成立Ls= (Lw—A2Lw)的關係，若為50kHz 至100kHz以上，由於从汔22/^22為5〇以上，因此視為 • A2与 ki2。因此形成 ki2= (Lw_Ls)八w、( 一 Ls) /Lw)，而近似求取耦合係數ki。如前所述，將如 上所不由電感之變化Lw、Ls所求出的耦合係數標記為ki。 若將‘纟胃在第16圖及第17圖的kr及ki相比較，可知於 第17圖中，kr及ki係大致一致。 然而’在第16圖中，並未見到kr及ki 一致。此外， 以比較例而言，於空芯線圈1B中，在第u圖、第12圖 ⑩雖標繪有前述kr及前述]^，但是於第12圖中可知以成為 Rn>Rs之頻率為界，kr係急遽減少。實際上，當使用2 個第17圖所示之空芯線圈1G時，由於至21MHz為止均 滿足Rs>Rn2Rw、至10MHz為止均滿足Rs>Rw，因此 可利用咼頻率、高電力因數、高有效電力效率來傳送電力， 且電力傳送性能非常好。 亦即，滿足RsXRngRw之最高頻率f2較高，若為高 頻率，Rn/Rw的值愈接近丨則線圈性能愈佳，因頻率上 升導致Rw的增加亦較少。如上所述，藉由觀察頻率及 62 319286 200824216 =、如士的關係、或者藉由將由肠與⑴ 頻率特性與由一求出之轉合係數‘ m比較，可得知僅以空芯線圈單體之等效串聯電阻 之乂員率㈣亚無法判斷之使線圈㈣向 + 段的變量器的性能。 电刀得k手 因此’構成空芯線圈之李兹線的適當搓检方式或握检 間距、繞線方式係當形成複數個線圈，且靴線圈的^ 率性’較物 ”匕的頻率特性時，可找到最適合的線圈。該手 法亚非限定於李亦可適用於單銅線、乙烯基線、盆 他後述之其他實施形態之電線，而可選擇適用於電力傳ς 亦即’藉由改變線材、線徑、尺寸、形狀、捲繞 方式專’即可判斷僅以空芯線圈單體之等效串聯電阻之頻 率特性並無法判斷之使線圈相對向之作為電力傳送手段的 變量器的性能，而可提供以習知技術並無法實現之 送性能佳的線圈。 、 例如由於使用lmm的單導線且設置空隙捲繞而成的 空芯線圈1E係至3.7MHz為止均滿足Rs>r^Rw、至 7·7ΜΗζ為止均滿足Rs>Rw，因此與空芯線圈^相比， 關於RS>Rn$Rw的規定並沒有太大差異。但是，細z 中之空芯線圈1E單體的RW為〇，空芯線圈m單體 的肠約為2 Ω ; 10MHz中之空芯線圈1E單體的Rw為Η Ω，空芯線圈1G單體的Rw為17Ω，相較於空芯線圈& 空芯線圈1E的線圈單體之等效串聯電阻^的高頻特性較 319286 63 200824216 佳。 因此 ’ It 由 Rw$ (Tw~Ta) / (Ia2x0i)的規定， 以單導線形成的空芯線圈1E係可以高於利用李茲線所形 成之空芯線圈1G的頻率來使用。如上所示，本發明係藉 由 Rs> Rw、Rs> Rng rw、( Tw— Ta) / ( 1&2χ 0 土 ) 的各規定來實現以習知技術並無法實現的空芯線圈，並且 規定最適於使用該線圈的頻率區域，故與習知技術相比， 可實現電力傳送性能佳的電力傳送裝置，並達成優異的效 果0 在包含前述引用文獻之習知技術中，係僅對線圈的特 定構成加以規定。接著，藉由僅顯示特定構成之一實施例， 主張已改善所著重的特性，例如等效串聯電阻之頻率特 性二但是，如上所述，即使將外徑或内徑形成為相同，因 線=、匝數不同，線圈的特性係完全不同。此外，即使使 用完全相同的導線，當構成（外徑、ϋ數等）$同時，線 ，的特性^會不同。亦即，即使規定線材或捲繞方式等特 ^成貝際上所製成之線圈係具有各種構成，並未保證 “等線圈會達成相同效果。 因此，僅對線圈的特定構成加以規定，並不可能實現 :有作為電力傳送裝置之制之充分要件的線圈。現在， 號公報所記載…有效電 前為止亦肩之電力的電力傳送裝置到目 如本申請案所示’連線圈之特定構成以外的構成改變 319286 64 200824216 =的特性變化均予㈣確化，只要未規定線圈的運作條 即無法實現電力傳送性能佳的線圈及電力傳送性能佳 另一方面，本發明係於具有可感應，合 之口種構成的線圈中，規定各線圈的運作條件 現電力傳送性能佳的電力傳送裝置。如上所-士 Λ 達成以羽▲杜4 # 上所不，本發明係 自知技❹不可能實現之極為優異的效果。 弟30圖、第31圖、第％圖、第％ 係顯示構成本發明之其他實_彡 ^加圖 的導線的構造圖。冤力傳迗叙置之線圈 第3 0圖係在管狀導轉 為空润時，防止管（pipe) f折而變得料ΐδ，當管内 其中’藉由管的材質或管的厚壁管曲加工。 管内亦可為空洞。 之吕本身具有可撓性時， 第31圖係頭示在絕緣材料】9 _ 20者之一例。 仃勿割而形成導體 第32圖係頌示在絕緣材料^上 22，f在絕緣材料21的内部亦形成導=丁2=而形成導體 弟33Α圖至第33c圖係將落狀導—者之—例。 剖面為螺旋狀，^^導體與、^與絕緣材料重疊， 線者°亦即，如第说圖所示緣在的方式形成導 料25予以層疊’如第33B圖所示，〆自大導體24及絕緣材 24及絕緣材料25進行捲繞成將經層4的箱狀導體 螺旋狀的導線者。 “第33C圖所示剖面為 第30圖至第32圖係在構 65 ^線之早導線的周上雖具 319286 200824216 .有士體層’惟無論在成述導體層施加或未施加絕緣被覆 件，只要適合前述實施形態，則可為任一者。 如上所述，弟30圖至弟32圖係在形成線圈之導體内 部具有絕緣層的實施形態，絕緣材料係在導線内部設置絕 ，緣層，並且使導線具可撓性，而容易進行導線之彎曲加工 者。 此外，存在於捆束第28A圖所示單導線所形成之導線 内的空氣層、當將第28A圖、第30圖至第32圖所示導線 _進订多層繞線時存在於線圈剖面的空氣層亦視為絕緣材。 在第28A圖、第30圖至第32圖的實施形態中，係可 增加構成導線之導體的表面積，因貫穿導體之磁通量所造 成的渦流損失係與導體體積成正比增加。因此，由於可減 少存在於貫穿導線内之導體的磁通量路徑的導體體積，因 匕了防止因木膚效應及渴流損失所造成之等效串聯電阻 Rw增加。 ⑩言第28A圖、第30圖至第32圖的實施形態僅係將構成 V線的導體進行分割，而在導線内部設置絕緣層之一例， 當然亦存在其他實施形態，自不待言。 八*上述之各線圈不僅作為1次側線圈及2次侧線圈為可 刀離之电力裝置中的送電線圈或受電線圈加以使用，亦可 作為2個線圈為不可分離之變壓器（變量器）加以使用。 能上述各實施形態所示之空芯線圈並不需要將各實施形 心使用同一空芯線圈作為丨次側線圈、2次側線圈，即使 為例如第2A圖之實施形態所示之空怒線圈u，亦可使用 66 319286 200824216 4，，形不同的空芯線圈作為i次側線圈、2次側線圈， 、或者亦可將第2A圖之實施形態的空芯線圈u及第 .之實施形態的空芯線圈le加以組合。藉由形成如前所_ .構成，可任意設定繞組比。接著，彳實現可升$、降 使用的空芯線圈的電力傳送手段。 在上述情形下，Rw係以各空芯線圈單體進行量測，

Rn、RS係使兩線圈相對向，而於各線圈中進行量測，。要 確認是否滿SRs>Rw、Rs>Rn^Rw的關係即可了藉^ 1次側、2次侧的各線圈觀察Rw、Rn、Rs的頻率特性， 可預測將兩線圈予以組合時的電力傳送性能係如上所述。 《者’亦可製作不同的數種線圈，而於各線圈中，使 同-線圈相對向而量測^心心的頻率特性之後^ 特性佳的線圈組合使用。在組合後，若於i次側線圈、2 次侧線圈^，量測肠、如士的頻率特性則為更佳。 接著說明線圈之匝數8次、電感之最低值2 •專利特開W號公報所記載之線圈係5次之E數本 1MHz中之前述線圈的Lw為〇 79从H，u為〇 4^ h，由

Lw、Ls近似計算所得之耦合係數^為〇66。此外’前述 線圈滿足Rs>Rw的最高頻率fl為_他。使用與前述 線圈相同的導線而捲繞8次成為相同形狀的線圈白“w約 為’ Ls約為〇.7/zH，近似計算所得之輕合係數^ 約為0 · 8 3。 將曰本專利特開平8_14836G號公報所記載之導線揭 繞8次所得之線圈如前所述，實際上除了等效串聯電阻这 319286 67 200824216 小以外’ Rw的頻率特性亦差’而且在可確保充分電抗的 南頻率區域未滿；i Rs>Rw。因此.，雖然若未選擇導線之 適當握检方式及繞線方式即無法使用，但是可確保在高頻 率區域所使用的最低電感與輕合係數，因此由上述之i測 結果規定最低限度8次的捲繞數’並且規定h作為 感的最低值。 # 接著，如前所述，日本專利特開平8]4836〇號公報所 記載之導線的直徑為以醜，在捲繞5次所得之線圈的最 外周部再將前述導線捲繞3次，將E數設為8次時，外捏 成為3次χ2倍X1.5mm+30mm=39mm。因此，在使用日本 專利特開平8-148360號公報所記载之導線所構成的線圈

中，為了確保電感的最低值2/zH與輕合係數，線圈外捏D 與線徑d3的比為39/1.5 = 26,線圈外徑D必須為線徑们 的至少25倍。 但疋，如鈾所述，所謂「D必須為们的至少25倍」 _之特定構成係有可能因改變如線材或匝數等其他構成^ 素’而變得無法確保電感之最低值Η與耦合係數。例 如，考慮將線材直徑變細，而在線間設置空隙的情形等。 因此’為了確保電感之最低值2//Η，有可能必須有8次以 上的繞線數。在以讀保電感之最低值2/ζΗ的方式選擇所 =用線材的捲繞數’最後以單義特定構成的線圈中，進行 !測Rw、Rn、RS的頻率特性。所謂以單義特定構成的線 圈意指實際上作為線圈所製成者，自不待言。因此，規定 父流電源的頻率fa，其為由量測實際上作為線圈所製成者 319286 68 200824216 所求得的特性而導出的前述線圈的運作條件。 在此重復„兒明，線圈係僅規定例如特定構成，而使其 他構成要因改變，藉此在實質上具有無限構成。相較於^ 其他特定構成規定為要旨的發明，並未證明已規定特定構 成的線圈會達成經常發揮優異電力傳送性能的效果。此 外，實質上並不可能證明。 ^僅猎由本發明，以確保上述電感的最低值2心及輕 合係數的方式規定構成，可由滿足該等特性條件的線圈之 中選出適用於電力傳送的線圈。如上所示，本發明盘習知 技術並不相同，係顯示在各種實施形態中之實_性的資 料。具有可感應耦合之構成的線圈係具有不能特定的變 化。因此，於任意構成之線圈中並*可能確保電力傳送性 能。此外，在習知技術中’甚至無法判斷以單義特定構成 的線圈可確保電力傳送性能。 將藉由前述方法所選出的線圈僅藉由規定由作為本發 #明之要旨的特性規定所產生的運作條件，可實現使用具^ 各種構成之電力傳送裝置之線圈之性能佳的電力傳ς裝 置。以僅規定線圈之特定構成的習知技術而言，並不可奋 現該極優效果。 、 此外，一方線圈滿足rs>Rw的最高頻率η係以 500kHz以上為佳。使用同一、線圈，以可確保電抗的頻率使 用滿足Rs>RW的最高頻率fl較高的線圈。例如，以未達 250kHz進行驅動，藉此可確認出可確保電力傳送性能。或 者，一方線圈滿足Rs>RngRw的最高頻率f2為％咖z 319286 69 200824216 以上為更佳。 第34圖、第35圖係顯示使負载電阻虹變動 力因數與頻率的關係圖。此外，在第9圖係圖示送電線賵电 叉電線圈均使用線圈1A時之有效電力傳送效率與頻率的 關係。在帛13圖中係圖示在送電線圈使用線圈在為 :線圈」吏用線圈1F時之有效電力傳送效率與頻率的： 一者均為負載電阻RL= 1〇 Ω時之頻率特性。電力 數係量測1次側阻抗而求出相位“，由⑽ρ進行曾。 c 〇 s 6 0 度==〇 5。在 φ〈 6 〇 声的 ρ 丄 μ <⑻度的頻率區域中，電力隨係50% 以上。

由第34圖、第35圖可知，當負载電阻值較低時，電 力因數為最高的頻率會較低。#|载電阻值較高時，電力 因數為最高的解會較高。此外，當負载電阻值較低時， 電力因數的極大值會較大。#負載電阻值較高時，電力因 數的極大值胃較小。若為—般所使用之最小負載電阻值的 5Ω以下，電力因數為最高的頻率係未達一方線圈的f2。 在第34圖中，當使用2個空芯線圈1八時，於未達滿 足Rs > RW之最尚頻率fl = 67kHz中，滿足電力因數％% 、上的負載電阻值為l〇Q以下。在第35圖中，當在送電 線圈使用空芯線圈1A，在受電線圈使用空芯線圈ιρ時， 於未達滿s rs>Rw之最高頻_ fl=li〇k出中，滿足電力 口數50 /q以上的負載電阻值係至50 Ω為止均相對應。此 外若比較第34圖及第35圖可知，在第35圖中，隨著 fl上升’電力因數的極大值亦上升。 70 319286 200824216 即使觀察第9圖及第13圖的電力傳送效 ‘係，亦可得知η會上升，並且電力傳送性能會提 :當頻率為fl以上時，電力傳送效率々會極端牵化二 得知藉由使線圈1F鱼線圈1A " 此可 -能。 …線圈1A相對向，可改善電力傳送性 ，已，載藉由日本專利特開平8_14836〇?虎公報等 知技術之線圈的特定構成之一例的電力傳送装置中，係 =載在特定頻率丨⑼kHz的實施例。接著係已率 為赚Hz。然而，如上所述，因頻率的不同，、= 因數兵線圈的等效串聯電阻Rw會產生變化 阻，的最小值仏中之電力因數最大點未設定頻 因.…，力而發生因等效串聯粒Rw所造成的： 失。如刚所述’量測Rw、Rs、Rn的頻率特性 = =電力因數為最高的頻編佳為小於η，： 負载電阻值RL變大時，線圈之等效串 ；= RL的比Rw/RL會變小。因此，因 則述 命名甚+丄上 Μ 所以成的電力損失 ，、負载電力相比係相對變小。 大的情形下，電力因數雖合變^伯/使在負载電阻值較 進行電力傳送 u小，但疋可以未達fl的頻率 以下說明第9圖、第13圖中有值、，方 頻率特性。將_的盈咸庫电力傳运效率^的 送電侧量測阻抗。藉由量測阻抗而在送電 P，並進行計算在各頻率的電 π 位角 _電線圈_V，:吏^ 件使在运电線圈流通0.2A的定電 319286 71 200824216 - U %側的有效電力Pr係形成Pr= cos φ xVxla而求 ‘ 人側的有效電力ps係求取丨〇 Ω之無感應負載電阻之 7端電壓的有效值Ve，形成Ps=Ve2/1〇而求出。各頻率 中之有效電力傳送效率々係形成” ^Ps/Pr而求出。該量 測法係與未考慮到因負載電阻值或頻率而使電力因數發: 變動的曰本專利特開平4-122007號公報不同。 試著由必須具備實際之電性機器的電力求取負載電阻 值。必須具備電性機器的電力自於電M Vs=5v、電流k 0.5A、電力2.5W左右為下限，因此負載電阻值rl的最 為㈣左右。在必須具備卿以上之電力的電性機

:二係將電壓Vs加高，將電流Is減少。即使實際的電 电差為5V左右，亦大部分係使用降料的pwM wcith m〇dulaton ;脈波寬度調變）變換器。例如，在必須具 備30W左右之電力的個人電腦等中，係使用π、μ的 電源。此時的負载電阻值RL的最小值為15/2=75〇户 右。更加提高· VS、減少電流卜而形成為3評、！1 左右時，負載電阻值RL的最小值為3〇/卜则左右。以 大致上的目標而言，負載電阻RL的最小值為扣至则 左右。因此，為了將因線圈的等效串聯電阻所造成的電力 損㈣制在受電電力的20%左右以下，若將負載電阻灿 、 只』又电踝圏之專效串聯電阻Rw係必須 滿足Rwx5 S Rm 〇亦艮p，六店 士人 J 1於乂抓电源之輪出頻率fa中，受 電線圈的Rw係以0.4Q至以下為宜。 根據實際測量’送電線圈側的電阻成分在前述之實施 319286 72 200824216 •形態中雖依頻率而不同，但為負載電阻值rl以下。因此， 當將負載電阻RL的最小值設為 ' 斤 馮Rm打，达電線圈、受電 線圈=寻效串聯電阻Rw均以〇川至ι〇Ω以下為宜。 當等效串聯電阻Rw的上限決定時，即實際測量並求 s、Rn。於fl中，等效串聯電阻—係以〇.4q至 Ω以下為：!：。因此，在實際上使用線圈的頻率巾，Rs、Rn 均以10Ω以下為宜。 日士 示’雖㈣前述，惟實際上進行電力傳送 二二：送電線圈及受電線圈之電流所產生的磁通 …另-方線圈所造成的渦流損失而引起的損失，而使 電力損失增加。如前所述，當實際上進行電力傳送時，第 8圖中之Rl、R2的值並不明。因此， 串％电阻Rw係依據受電側機器的使用條件而決定 與 RwS (Tw—Ta) / (1&2χθυ 的規定相同。 其中，有時以遮蔽磁通量為目的，而使磁性材 2接近空芯線圈。如上所述的情形下，—般磁性材板或 邊的接近會使空芯線圈的電力傳送性能劣化。例如： 為將第目、第22Α圖的實施形態、或第28Α圖的導線 捲繞成平板空芯單層螺旋狀之線圈之相對向面的相反側設 有磁性材料板或金屬板的情形等。或 π ^ 炎罘27Α圖之實 施形態中，在線圈架（b〇bbin)狀的内徑空㈣㈣料 ^交^磁性材料，或者在U配備圓筒狀金屬環的情形 專。此外，於第22A圖之實施形態中，將具有線圈外徑D 之五分之一程度以下的寬度的金屬板形成為2個十字而將 319286 73 200824216 線圈固定在絕緣材的情形等。 滿足rtrrr之㈣等下’亦會有在某頻率範圍内 ㈣J屬板等並非左右本發明之空芯線圈=之 性月b者’線圈貫質上係視為空芯。 本發明之實施形態之空芯線圈的電力傳送性能較高， 且線圈所產生的磁場強度較高。因此 平™虎公報之段落1二= 磁場遮蔽機器之電子構件，當在線圈之相對向面的相反侧 金屬板等時’其目的並非在改善空芯線圈之 -力傳达性I，而僅在於作為磁氣遮蔽材而予以配備。 M =所示之情形並非為由1個構成所成的發明，而是 根據該㈣’㈣其他仙效果為目的者。亦即 發=之實施形態之空芯線圈的特性或性能的改善為目的， 而田磁性材料或金屬材料接近本發明之實施形態中之空# 線圈時等’空芯線圈之電力傳送性能本身並線 圈之構成或作用效果不同者，線圈係視為且包；；= 本心月巳圍内。例如即使提高電感，若增加等效串聯電 並不此改善性能，上述之本發明之實施形態之空芯 [圈：粉性之中，若1個發生劣化，即不能改善。 所廿ίΐ’在本發明之實施形態中，形成導線之導體的材 二二、+、、寸別限疋，但在本實施形態中所述的各空芯線圈係 在^導體均使用鋼。以導體而言，以使用比電阻較小的 銅為佳，但亦可使用比電阻較小之其他金屬或合金作為導 319286 74 200824216 此外，在進行上述說明之各空芯線圈的等效串聯電阻 或電感的測量時，至1MHz為止係使用安捷倫（Agilent) 公司的LCR測試儀4284A，測量1MHz至10MHz時，係 使用惠普（Hewlett-Packard )公司的LCR測試儀4275A。 其中，1MHz至10MHz的量測係僅可在1、2、4、1〇MHz 的各點進行量測，因此，例如當在4MHz滿足Rs>Rw， 在10MHz不滿足Rs > Rw時，藉由插值（interp〇lati〇n )， 來推定滿足Rs > Rw的最高頻率f 1。 如上所示，根據本發明之實施形態，將一方線圈單體 的等效串聯電阻設為Rw。將當與一方線圈相對向的另一 方線圈短路時之一方線圈的等效串聯電阻設為Rs。將滿足 Rs>Rw之最高頻率設為fl。使用fl較高的線圈，將交流 電源之輸出頻率fa設定為未達fl的頻率，藉此可使電力 傳送性此比習知技術更為提升。 士接著，將當與一方線圈相對向的另一方線圈予以開 時之-方線圈的等效串聯電阻設$ Rn( Ω )，❿觀察^ 如、Rs的頻率特性，藉此可選擇並實現在寬頻率範圍下 ^串％電阻RW較低、q較高、電力傳送性能較佳的線圈 ^接負載電阻的2次側線圈與！次側線圈相對向時之 -人側線：兩侧之電抗χ與純電阻R的比以及施加 、、友圈之又"IL電壓與交流電流之相位差p變得極小、電力 .夂侍極大，而且在等效串聯電阻Rw較小的頻率P 、使用線圈，藉此可獲得占積率（space factor)佳、、具3 319286 75 200824216 ‘高頻率亦可使用的電力傳送裝置之 在電力，因此亦可減低因線圈的等 文電力、視 -力損失。 夺放串聯電阻所造成的電 此外，藉由規定一方線圈單體 士 與流至一方線圈之電流^⑷的熱m電阻 圈之電流值la的上限 '或決定方綠、 "見定方線 及决疋一方線圈之等效串聯雷阳夕 阻數的上限、或等效串聯電阻Rw較小的頻率區域。 藉由：===裸單導線的集输^ "田外· 4效應及渴流損失造成線圈 增加’來提升電力傳送性能。 、 yp屯 此外在構成線圈之導線內邱却·罢^>7 & & 存在於貫穿導線中之磁通 二;體：〆；藉由減小 膚效應及渴流損失造成等效串聯抑制因集 ¥線内㈣置絕緣層，並且可使㈣具性 = 行導線的彎曲加工。 W生’而谷易進 、由或者，藉由量测R w、R s、R n的頻率特性，可規 err的頻率範圍，或者即使實際上不進行電力 得迗忒驗，亦可預測電力傳送的性能。 藉由❹如上所示的線圈，可以高頻率傳送大電力。 係數配備磁性材料之空芯線圈時，即使在輕合 能數:：9左右以下的疏輕合狀態，亦可確保電力傳送性 =具體而言，電力因數為例如75%以上 力 傳送效率提高至例…上，且可以前述 319286 76 200824216 • 25W以上的電力傳送至與2次侧相連接之忉q的無感應負 載電阻。 、 • 接著將5玄貫施形態的線圈配備在送電部或受電部之 至少二方，將送電部之交流電源Va的輸出頻率fa設定在 未達，述Π、f2的頻率而傳送電力，藉此可實現如上所述 冬丨生此k於習知技術的電力傳送裝置、電力傳送裝置之送 電衣置及電力傳送裝置之受電裝置。 此外，將該實施形態之線圈配備在送電部或受電部之 至少方，以未達前述fl的頻率區域來驅動送電線圈，藉 此獲=電力傳送性能佳的電力傳送裝置的運作方法，藉= 2取則述fl、f2 ’於具有各種構成之電力傳送裝置的線圈 可比較選擇電力傳送性能佳的線圈。 、以上，已參照圖示說明本發明之實施形態，但本發明 並非限定於所圖示的實施形態。對於所圖示的實施形熊， 於與本發明相同的範圍内或均等的範圍内，可進行各種修 正或變形。 [產業上利用可能性] 本發明之電力傳送裝置、電力傳送裝置之送電事置及 2震置、以及電力傳送裝置之運作方法係無須㈣電線 三飞械式接點，即可利用在由送電部傳送受電部所 電 力至受電部。 【圖式簡單說明】 第1圖係本發明之-實施形態之電力傳送裝置之方塊 圖 〇 319286 77 200824216 弟2A圖係頒不作為第1圖所不之電力傳送裝置之送 電線圈或受電線圈所使用之空芯線圈之圖。 第2B圖係沿著第2A圖所示之線1B-1B的剖視圖。 弟3A圖係頒示第2A圖所示之線圈之夕卜形形狀之變形 例之圖。 第3B圖係顯示第2A圖所示之線圈之外形形狀之變形 例之圖。 第3C圖係顯示第2A圖所示之線圈之外形形狀之變形 •例之圖。 第3D圖係顯示第2A圖所示之線圈之外形形狀之變形 例之圖。 第3E圖係頒示第2A圖所示之線圈之外形形狀之變形 例之圖。 第4圖係求取變量器之輸入阻抗的等效電路。 第5圖係顯示本發明之一實施形態之電力傳送裝置之 _空芯線圈中之線圈單體的等效電路之圖。 第6圖係顯示構成為如習知例中所說明之第圖所示 之電力傳送裝置之變量器部分之等效電路之圖。 第7圖係顯示2次侧線圈短路時之變量器之等效電路 之圖。 第8圖係顯示當負載電阻RL連接於2次侧線圈時之 變量器之等效電路之圖。 、第9圖係顯示將線徑1mm的單導線以外徑7〇mm密繞 成25 E的空芯線圈1A的Rw、Rn、Rs及負載電阻值壯 319286 78 200824216 ‘ =1〇2時的有效電力傳送效率與頻率的關係之圖。 第10圖係顯不將線徑〇.6mm的單導線以外徑7〇mm 密繞成40 ϋ的空忍線圈1B的Rw、Rn、Rs、kr、ki與頻 率的關係之圖。 ^第11圖係顯不將線徑（Umm的單導線以直徑70mm 山、、凡成70匝的空芯線圈j c的Rw、、&、空芯線圈1〔 單體的相位角與頻率的關係之圖。 φ 第12圖係顯不將線徑0.3mm的單導線以直徑30mm 么繞成31匝的空芯線圈1D的Rw、Rn、仏與頻率的關係 之圖。 第13圖係顯示使空芯線圈1F與在第9圖中作為比較 2所列舉的空芯線圈j A相對向時之Rw、如、h及負載 電阻值RL=l〇Q時的有效電力傳送效率與頻率的關係之 圖。 第14圖係顯示將線徑lmm的單導線以外徑7〇mm設 _置空隙而捲繞成14匝的空芯線圈1E的Rw、Rn、Rs、匕 與頻率的關係之圖。 第15圖係絲員示將〇.2mm、〇.4mm、〇 8mm、lmm的單 導線捲繞25次而成為平板狀之線圈的頻率與各線圈之等 效串聯電阻Rw的關係之圖。 、第I6圖係頒示將捆束75條銅線徑〇 〇5mm的漆包單 導線之李茲線以外徑70mm密繞成3〇匝的空芯線圈11?的 Rw、Rn、Rs、kr、ki與頻率的關係之圖。 第17圖係顯示將捆束75條銅線徑〇.05mm的漆包單 319286 79 200824216 .¥線的李炫線以外徑5〇mm密繞成2〇匝的空芯線圈jG的

Rw、Rn、RS、kr、ki與頻率的關係之圖。 . 第18 A圖係顯示用在第2A圖所示空芯線圈之導線之 其他例的剖視圖。 第18B圖係顯示用在第2A圖所示空芯線圈之導線之 其他例的剖視圖。 第19圖係將導線捲繞成剖面傘型之空芯線圈的剖視 圖。 ⑩第20A圖係顯示第19圖之線圈與第2八圖之線圈之水 平位置與磁場強度之圖。 第2〇B圖係顯示第19圖之線圈與第2A圖之線圈之水 平位置與磁場強度之圖。 第η目係將導線捲繞在絕緣材上之空芯線圈的剖視 苐22A圖係頭示本發明之其他實施形 置之空芯線圈之圖 f 22B圖係沿著第以圖之線2b_2b的剖視圖。 ^ 23圖係將第9圖所示密繞的空芯線圈1A、及第 圖所f之疏繞的空芯線圈則線圈等效串聯電阻Rw# 的狀恶進行比較所顯示之圖。 第24圖係顯示將線徑〇4_的漆包線設置成< p 2mm 0.4mm的空隙寬度且捲繞成25 Rw與頻率的關係之圖。 〜線圈 第25A圖係顯示本發明之另一實施形態中之電力傳 319286 80 200824216 裝置之空芯線圈之圖。 f 25B圖係沿著» 25A圖之線3b_3b的剖視圖。 、、第26圖係顯示用在本發明之另—實施形態 傳达裝置之空芯線圈之導線之一例的裸單銅人體 剖視圖。 木口體的 第27A圖係顯示本發明之另一實施形態中之 裝置之空芯線圈之圖。 電力傳适 第27B圖係沿著f 27A圖之線4β·4β的剖視圖。 j28A圖係用在第27Α圖所示空芯線圈之作為導線的 李级線之剖面之一例之圖。 、、勺 第28Β圖係第28Α圖所示之單導線的剖視圖。 第29圖係李茲線的等效電路圖。 第30圖係在管狀導體内充 視圖。 百、、巴緣材枓之導體的剖 第31圖係在絕緣材料上進行分 的剖視圖。 少風V體之導線 第32圖係在絕緣材料上進行分 緣體内部亦形成導體之導線的剖視圖。 且在絶 第33Α圖係將荡狀導體與絕緣材料重疊 狀，且以導體與絕緣體交替存 d面為螺方疋 視圖。 繁體乂曰存在的方式所形成之導線的剖 第33B圖係將箔狀導體與 占 剖視圖。 冬㈣董宜接繞之導線的 第33C圖係將箱狀導體與絕緣材料重疊捲繞，剖面形 319286 81 200824216 成螺旋狀之導線的剖視圖。 …第34圖係顯示將空芯線圈1A用在送電線圈、受電線 圈而使負载電阻值RL改變時之各電阻值與電力因數之 頻率特性的實際測量圖。 第35圖係顯示將空芯線圈1A用在送電線圈，將空芯 線圈1F用在文電線圈，而使負載電阻值改變時之各電 阻值舆電力因數之頻率特性的實際測量圖。 包 、、弟36圖係1次侧線圈與2次侧線圈為可分離之電力 送裝置的概略方塊圖。、 圈為 第37A圖係送電線圈或受電線圈的俯視圖。 f 37B圖係沿著帛37A圖之線.紐的剖視圖。 第38圖係第36圖所示之！次側線圈與2 可分離之電力傳送裝置的等效電路圖。 、、’、 【主要元件符號說明】 1lalx 2 3 4 lb 20 送電用線圈（送電線圈） lc、Id、le、ία、IB、1C、ID、iF22、23導體受電用線圈（受電線圈）送電控制電路 受電控制電路 空芯線圈 絕緣材 絕緣性樹脂 單導線 11、11a、lib、11c、lid 導線 319286 82 200824216

12、 12a 、12b、15 單導線 13、 13a 、13b、13c、16 絕緣被覆件 14 裸早導線 17 管狀導體 18、 19 絕緣材料 21、 25 絕緣材料 24 箔狀導體 30 送電部 30 a 送電控制電路 40 受電部 40a 受電控制電路 100 電力傳送裝置 dl 單導線之導體單體的最大徑 d2 複數條裸單導線之集合體的最大徑 d3 設有絕緣體層之導線的最大徑 d4 單導線中之導體的最大徑 D 線圈外徑 D， 線圈的最小外尺寸 Dl 繞組見度 D2 繞組内徑 11 流至1次側線圈的電流 12 流至2次侧線圈的電流 LI 1次侧線圈的電感 L2 2次側線圈的電感 83 319286 200824216 319286

La、Lb 漆包線的自感 Ln 1次侧線圈的電感 Ls 空芯線圈1 a的電感 Lw 空芯線圈1 a單體的電感 M 1次侧線圈及2次侧線圈間的 R1 送電用線圈1的等效串聯電阻 R2 受電用線圈2的等效串聯電阻 R3 内部電阻 RL 負載電阻 Rn 一方線圈的等效串聯電阻 Rs 一方線圈的等效串聯電阻 Rw 一方線圈單體的等效串聯電阻 t 絕緣被覆件的厚度 tl 至少一方線圈的最外周部中相 導體間所設置之空隙寬度 t2 至少一方線圈的最内周部中相 導體間所設置之空隙寬度 V 交流電源 VI 1次侧線圈的兩端電壓 V2 2次侧線圈的兩端電壓 Va 交流電源 Vd 直流電源 Z 1次侧線圈的阻抗 Z1 1次側之輸入阻抗 84 200824216 a 絕緣被覆件的厚度 β 間隔 Θ 2個繞組寬度D1的線所呈角度 ψ 施加至線圈之交流電壓與交流電流的相位差

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Claims (1)

1. 200824216 卜申請專利範園： •一種電力傳送 士 、置’係以送電部鱼香雷加从 方式所構成， 一電°卩為可分離的 至^包含用以傳送交流電力、， 部，·及 送電線圈的送電 至少包含負载RL、及受雷绩 使前汁、、，+ 又冤線圈的雙電部所構成， n 圈與前述受電線_對向，而由义 ，電部將電力傳送至前述受電部之電力:、、,， 其特徵為： 包力傳达衣置， 當將前述相對向 > 始園士 ^ , 線圈申之一方線圈單體的耸4 串聯電阻設為Rw(n)、 ㈣早體的痒效 將與前述一方線圈相對向 1, 固々日對向之另一方線圈短路時之 刖处-方線圈的等效串聯電阻設為‘⑺）、 將前述一方線圈滿足Rs>Rw之最 (Hz)時， 11 以使前㈣成為100kHz以上的方式，選擇前述 一方線圈與前述另一方線圈， 且將驅動-方線圈的頻率設定在未達前述fi的頻 率0 2·如申請專利範圍第1項之電力傳送裝置，其中，復包 含將直流電力轉換成交流電力的電力轉換手段； 當將前述電力轉換手段的輸出頻率設為fa ( ) 時， 將前述fa設定在未達前述fl的頻率。 86 319286 200824216 3. 4· 5. 如申請專利範圍第2項之電力傳送裝置，其中，當將 與前述一方線圈相對向之另一方線圈予以開放時之前 述一方線圈的等效串聯電阻設為Κη (Ω)、 將f足RS>Ri^Rw的最高頻率設為f2(Hz)時 將前述fa設定在未達前述f2的頻率。 如申請專利範圍第2項之電力傳送裝置，其中，當將 前述一方線圈的熱電阻設為0 i (它/ w )、 將前述一方線圈之容許動作溫度設為Tw (它） 將”又置别述一方線圈之場所的周圍溫度設 (t )、 ’、、 將傳送電力時流至前述-方線圈之交流電流設 la ( A )時， 於前述fa中， 以使月ίι述一方線圈滿足Rw $ (Tw 一 Ta) / ( 1^、 θι)的關係的方式’由前述送電部將電力 受電部。 則攻 :申請專利範圍第！項之電力傳送裝置，#中 前述相對向之線圈中至少-方線圈的導線係施加有絕 緣被覆件的單導線； 前述至少一方線圈係將前述單導線密繞成單声 多層螺旋狀而構成； 9次 义、、當將前述單導線之導體單體的最大徑設為&、 月(J述至少一方的線圈外徑設為D時， 以I至 >、方線圈外径β為前述最大徑d 1之至少 319286 87 200824216 25倍以上， :且前述導線的繞線數為預定匝數以上， 6. 前述至少一方線圈之自感為至少2心以上。 利範圍第1項之電力傳送裝置，其中，前述 ^〜圈中至少一方線圈係包含複數條導線，各導 在選擇最大徑為〇.3mmJ^T之複數純單導線# 术5體施加有絕緣被覆件而形成； 隹人岫迟至夕方線圈係將於前述複數條裸單導線的 :。體施加有絕緣被覆件的導線密繞成單層或多層螺 方疋狀而構成； 、 當^前述複數條裸單導線之集合體的最大徑設為 將砾述至少一方之線圈外徑設為D時， 則述至少一方線圈外徑D為前述最大徑d2之至少 25倍以上， 而且丽述導線之繞線數為預定匝數以上， 鈾述至少一方線圈之自感為至少2 // H以上。 如申凊專利範圍第1項之電力傳送裝置，其中，用以 形成前述相對向線圈中至少—方線圈的導線，係在前 述導線内部設置絕緣體層， 、前述絕緣體層的剖面積為導線整體剖面積的11% 剷述至父一方線圈係將設置有前述絕緣體層之導 線在繞成單層或多層螺旋狀所構成； 當將設有前述絕緣體層之導線的最大徑設為们、 319286 88 200824216 將前f至少-方線圏外徑設為D時， 8. 前述至少—方線圈外徑〇為前述最大徑们之至少 石"以上’而且導線之繞線數為預SII數以上，前述 〉、一方線圈之自感為至少2"Η以上。 範圍第7項之電力傳送裝置，其中，前述 人、’"、刀別轭加有絕緣被覆件之複數條單導線的集 己體所構成，而且各蔣許 ^ 、 < 而且田將别述早導線中之導體的最大徑 ί又马d4時， ^ (X3ZV±mmaT f 9· 相對圍第1項之電力傳送裝置，其中’前述 對向線圈中至少—料圈係將導線捲繞成平面單層 螺方疋狀所構成； 當前述導線的最大徑U〇.4mm以上時，在相鄰 的$線之導體間設置〇.2mm以上的空隙· 接的=迷導線的最大控d為未達0.4mm時，在相鄰 接的¥線之導體間設置d/2 (mm)以上的空隙。 10·如申請專利範圍第1項之電力傳送裝置，其中，前述 相對向線圈中至少一方線圈係將導線捲繞成平面= 螺旋狀所構成； θ 曾當將前述至少一方線圈的最外周部中相鄰接之各 導線的各導體間所設置之空隙寬度設為tl、 ° 將前述至少一方線圈的最内周部中相鄰接之各導 線的各導體間所設置之空隙寬度設為t2時，、 319286 89 200824216 ⑽見度會隨著由最外周部朝内周部 增加，最内周部中相鄰接之各導線的各導體間所設 置之空隱見度t2為至少〇.2mm以上。 ,u.如申請專利範圍第1〇項之電力傳送裝置，其中，前述 至少二方線圈中，導線之外周部係具有絕緣層，則^ 前述至少一方線圈的最外周部中相鄰接2各 的各導體間係透過絕緣層而相密接。 、 12.如申請專利範圍第1項之電力傳送裝置，其中 或受電線圈之至少一方線圈係形成在板 絕緣構件内之至少一方。 ^ 13· ，其特徵為:將申請專利範圍第1 之裝置之線圈使用在送電線圈或受電線圈 主少一方，且兩線圈形成為不可分離。 n㈣力傳送裝置之送電裝置含 第2項之電力傳送裝置之送電部匕專^圍 為.2述运電部係包含前述一方線圈， 15 前述fa係設定在未達前述Π之頻率。 種琶力傳送裝置之受雷梦署 ^ 第2項之電力傳係包含申請專利範圍 π心电刀傳达裝置之受電部的 為··前述受電部係包含前找士 衣置’八4寸徵 ☆ 你a 3則述一方線圈，並且， 接叉來自將前述fa設定在未 述送電部之電力。 則以之頻率的前 種電力傳送裝置之運作方 受電部之線圈相對向，且由1’係使送電部之線圈與 由則述送電部將電力傳送至 319286 90 16 200824216 ••述電力傳送裳置之運作方法，其特徵為: 、 Ufw述相對向線圈中—謂圈單體之等 電阻設為Rw ( Q )、 和 .—冑與前述-方線圈相對向之另-方線圈短路時之 别述一方線圈的等效串聯電阻設為Rs(0)、 將滿足Rs>Rw之最高頻率設為fl(Hz)、 將驅=前述送電線圈之頻枝為fd (Hz)時， 以使：4 fl成為100kHz以上的方式選擇前述— 方線圈與前述另一方線圈， 且將前述fd設定在未達前述Μ頻率。 t申料㈣_16項之電力傳縣置之運作方法 與前述一方線圈相對向之另-方線圈予:’ (/守之則述至少-方線圈之等效串聯電阻設為如 將j足Rs>RngRw的最高頻率設為f2 (叫時， 電部=設定在未達前心的頻率，而由崎 1δ.Γ中請專利範圍第16項之電力傳送裝置之運作方法， t將前述—方線圈的熱電阻設為Θ id/W)、 字述方線圈之容許動作溫度設為Twd)、 (t ):又置^1 *方線圈之場所的周圍溫度設為Ta la 傳运電力時流至前述—方線圈之交流電流設為 、A )時， 319286 200824216 於前述fd中， 前述一方線圈滿足Rw$ (Tw — Ta) / (Ia2x0 i) 的關係。

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