TW201012023A - Electric power transmission coil, transformer, and electric and electronic apparatus - Google Patents

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201012023 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 、本發明係關於-種由可分離的送電部及受電部構 成’藉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（muiualinducti〇n)來傳送電力的電力 傳送裝置、電力傳送裝置之送電裝置及受電裝置、以及電 力傳送裝置之運作方法。 【先前技術】 送電用線圈與文電用線圈為可分離的電力傳送裝置❽ 在未進行電力傳送時’係處於兩線圈間的距離為相隔離的 分離狀態。例如，在進行電力傳送時，如本中請案第％ 圖所示’使送電用線圈i及受電用線圈2相對向配置而構 成。當由送電控制電路3流通交流電流至送電用線圈ι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’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❹ 37A圖之俯視圖所示之導體1χ捲繞成螺旋狀而構成，且如 本申請案第3 7Β圖之沿著第3 7Α圖之線6Β _ 6 Β的剖視圖所 示，隔著間隔6而相對向配置。如本中請案第37β圖所示， 使將導體lx捲繞成螺旋狀*構成的2個線圈相對向係與使― 兩線圈感應轉合同義，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37B圖中，係在送電用線圈受電用 319286D01 201012023 • 線圈2使用相同的線圈。此係基於在以下引用的習知例 . 中，表示感應耦合的對向狀態係在送電用線圈1及受電用 線圈2使用相同線圈之故。當然亦可使用送電用線圈】及 受電用線圈2為不同的線圈。以下，包括習知例，當僅標 記「線圈」時，係指送電用線圈1或受電用線圈2、或者 雙方線圈。 使用具有如上所述之構成的線圈的電力傳送裝置係 記載於日本專利特開平M4836〇號公報。在該曰本專利特 ❹開平8_14關號公報中記載環形（dQnut)的平面螺旋型 線圈作為比較例卜亦即，該線圈係將捆束1〇〇條直徑ι〇〇 /zm且經施加有絕緣被覆件的銅線而構成者形成5阻繞組 (5-turn winding)，製成外徑 3〇mm、内徑 15mm、厚度 1.5mm，且未配備有磁性材料。將使這些線圈相對向而與 電源相連接者作為1次側（輸入侧），將利用電磁感應而 產生輸出者作為2次侧（輸出側）。 ❹ 此外，於日本專利特開平8-148360號公報之實施例 中，係記載電力傳送頻率為100kHz時的實測資料，且記 載電力傳送頻率未限定為100kHz。亦即，在曰本專利特開 平8-148360號公報之段落編號0〇4〇中，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 公報中記載一種平面螺旋型線圈，將直徑lmm的瓷漆銅線 (enamel copper wire )形成25匝繞組，製成外徑80mm、 319286D01 5 201012023 内徑24mm，且未設有磁心部的線圈作為比較例i。將使這 些線圈相對向而與電源相連接者作為1次侧（輸入侧）， 將利用電磁感應而產生輸出者作為2次侧（輸出侧）。 在曰本專利實開平6_29117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（eddy current loss)及集膚效應（skineffect)，而因頻率上升而使構成 線圈的導體的交流電阻增大的技術内容。以其回避方法而 言，係記載形成為將複數條單導線形成為扁平電纜（flat cable)狀而形成線圈的導線，而且記載與使用其他線材所 捲繞的線圈相比較之交流電阻的頻率特性。 首先在本申請案中，由於依所引用的文獻不同，所便 用的用扣會不同，因此首先就用語加以說明。將包含本申 請案第36圖之送電控制電路3、送電用線圈i的部分標記 為送電侧、卜欠側、輸入侧等，將送電用線圈^票記為送 電線圈、送電用線圈、i次線圈、！次側線圈等。此外，將 泣包含本申請案第36圖之受電控制電路4、受電用線圈。的 部分標記為受電侧、2次側、輸出側等，將受電用線圈2 標記為受電線圈、受電用線圈、2次線圈、2次側線圈等。 送電部及受電部為可分離的電力傳送裝 =電線或機械式接點即可將電力傳送至機器。縣;用電 =機械式接點即可傳送電氣機器或電子機器進行動作時 2電力時’係具有各種應用用途與優點。然而，在習知 成與I利用互感作用來傳送電力的電力傳送用線圈的構 …生以及仙效果並獨確。因此，試著考察關於送 319286D01 6 201012023 電用線圈及受電用線圈為可分離的電力傳送萝罢 衣罝、以及電 力傳送裝置之線圈的習知例。 首先，在曰本專利特開平8-14836〇號公報係記載可任 意選擇電力傳送頻率。然而，電力傳送手段為變量器（變 壓器）。1次線圈及2次線圈雖不可分離，但可知二叶成 50Hz至60Hz之商用電源用的變壓器無法以任专玄 μ 5^年’例 如以5Hz或10kHz來使用。亦即，在作為電力傳送手^的 ο 變量器係存在有可使用頻率的下限及上限。钬 ' “、、而，就以電 力傳送用線圈而言為可使用頻率範圍而加以考察的習去 術並不存在。 ❹ 此外，在1次線圈及2次線圈為不可分離的變壓器 中’係兩線圈間的耦合係數大致為i的密耦合狀熊。另一 方面，在1次線圈及2次線圈為可分離的變量器中， 線圈間的輕合係數最大亦有0.9左右的疏輕合狀態= 此，在曰本專利特開平8_ 14836〇號公報、日本專利二 號公報作為實施例予以記載的線圈係將心 ι平面螺旋狀捲繞的線圈，而確保兩線圈間的耦合係 數亦即，在曰本專利特開平8_14836〇號公 特開平4-122007 $ \ 日本專利 υυ7唬公報所記載之空芯線圈之任一去 比較例，當使用办# 有叼马 備磁性二心之平面螺旋型線圈時，可見到若未配 然而；、’，即無法達成性能提升之内容的記载。 在機的狀線圈的優點在於其形狀’尤其配備 題。尤其，用線圈若不薄時，即會在安裝上發生問 、 已内建2次電池的小型攜帶機器等中，基於 319286D01 7 201012023 空間的限制，係要求儘可能縮小線圈體積。為了提升電力 傳送性能，例如日本專利特開平8_148360號公報之記載所 示，必須將由磁性材料所構成的板材配備在線圈之相對向 面的相反側。然而，此時會有線圈體積增加而難以内建於 機器的問題。 此外，在日本專利特開平8·148360號公報之申請專利 範圍第8項中’係規定〇.imm至5mm作為磁性材之厚度。 若未將如上所示的磁性材配備在送電線圈、受電線圈之至 少一方之線圈時，無法改善電力傳送性能。此係根據將磁 性材厚度的最大值設為5mm，在曰本專利特開平8_14836〇 號公報之段落編號0019中亦有所記載。然而，當線圈整體 厚度為5mm以上時，會有無法配備在行動電話等小型機器 的問題。 曰本專利特開平8-148360號公報、日本專利特開平 4-122007號公報均將比較例與實施例相對比，而記載以空 芯之平面螺旋狀線圈並無法有效傳送電力的技術内容。然 而，關於其理由並未載明。 因此，在日本專利特開平8_148蝴號公報中，試著研 究有關作為比較例”斤列舉之空芯線圈相關的揭示資料。 首先，本申請案發明人係製作與日本專利特開平 號公報所揭示的線圈相同的線圈，且量測前述線圈的特 性在曰本專利特開平H483^號公報作為比較例所記載 的=圈係僅將經捆束1〇〇條直徑⑽㈣之絕緣被覆銅線 的線徑為1.5麵的粗導線形成為5阻繞紐。因此，自感（㈣ 319286D01 8 201012023 inductance)較小，約為0·8/ζΗ，因線圈形狀而使互感 (mutual inductance )亦變小。因此，使電力因數（power factor )降低，視在電力（apparent power )、無效電力（reactive power)變大。此外，由於線徑粗、匝數少，因此在日本專 利特開平8-148360號公報的段落編號〇〇51所記載的頻率 100kHz中，會有線圈的等效串聯電阻（effective series resistance)約為i7mQ之過小的問題。 本申請案第38圖係將日本專利特開平8-148360號公 ®報所記載之比校例1的線圈使用在送電用線圈1及受電用 線圈2時之等欵電路圖。如本申請案第38圖所示，使用2 個前述線圈構成由送電用線圈丨及受電用線圈2所構成的 變量器。此時，若為頻率100kHz，將負載電阻RL設為1〇 Ω時之由父流電源v侧觀看到的1次侧線圈的阻抗z係形 成非常小的值，為Z==約0.6Q。於本申請案第38圖中， 以R3表不之交流電源v的内部電阻一般為〇5Ω至數十 ❹Ω。因此，當前述1次侧線圈與交流電源ν相連接時，交 流電源v係接近呈短路的狀態。因此，交流電源V之内部 電阻R3會消耗相當的電力，而無法有效地傳送電力，結 果使可傳送的電力值亦變少。 原本日本專利射料8_14關號公報所記載的線圈 係藉由在線圈才目對向面的相反側配備磁性材而確保， 且當線圈相對向時封閉磁通量而使耦合係數增加的目的所 製成。因此’以空芯線圈而言並非經最適化者。 接著，就日本專利特開平4_122〇〇7號公報所揭示的資 319286D01 9 201012023 料加以探討。於日本專利特開平4-122007號公報所記載的 比較例1中，係記載若根據日本專利特開平4-122007號公 報之第7圖進行概略計算，當線圈之相對向距離g= 5mm、 頻率f= 50kHz、2次侧負載電流12=約0.5A時，可以傳 送效率=約65%來傳送2次側電力P2 = 20W的電力。 然而，在該實測結果中具有難以理解之處。在日本專 利特開平4-122007號公報中，係在1次侧、2次侧使用相 同的線圈，作為變量器觀察時，由於繞組比為1 : 1，因此 2次侧電壓應該只會在1次侧電壓以下。然而，當根據上 述實測條件進行計算時，2次側的電壓值V2為V2 = 20W /0.5A=40V，在曰本專利特開平4-122007號公報之第7 圖中係已載明當VI = 29V時，施加至1次侧線圈的電壓為 29V。亦即，形成不具升壓作用之繞組比1 : 1的變量器呈 現輸入電壓V1=29V、輸出電壓V2 = 40V之升壓效果的 實測結果。這不僅在比較例1中，在實施例1中若觀看前 述第7圖之2次電流12約0.5A的部位，亦形成相同的實 測結果。在曰本專利特開平4-122007號公報的記載中可看 到如上所示的疑點。 除了上述之日本專利特開平4-122007號公報之理論 上的疑點以外，另外就日本專利特開平4-122007號公報所 揭示之比較例1的線圈中若為空芯則性能較差的理由加以 說明。如日本專利實開平6-29117號公報之段落編號0002 之記載所示，渦流損失及集膚效應係當頻率上升時，會使 線圈的等效串聯電阻增加。已知該特性係單導線的線徑愈 10 319286D01 201012023 .粗，則影響愈明顯。本申請案發明人係試作與作為日本專 利特開平4· 122007號公報之比較例1所記載的線圈大致同 等的線圈來進行追加測試。結果可知當為50kHz時，線圈 的等效串聯電阻係為0.266Ω，為線圈之直流電阻約0.08 Ω的約3倍以上。 本申請案第36圖的送電控制電路3於本申請案第38 • 圖中係以交流電源V表示，R3為交流電源V的内部電阻。 ’ R1為送電用線圈1的等效串聯電阻。R2為受電用線圈2 〇 的等效串聯電阻。RL為連接於受電控制電路4的負載電 阻。 若在1次側及2次侧線圈之雙方使用作為日本專利特 開平4-122007號公報之比較例1所記載的線圈時，如本申 請案第38圖所示，等效串聯電阻R1係串聯連接於交流電 源V。由於等效串聯電阻R2串聯連接於負載電阻RL，因 此會在至少Rl、R2的兩個部位發生電力損失。為了避免 0 該情形發生，只好降低頻率以減低前述集膚效應、渦流損 失的影響。但是，當降低頻率時，線圈的電抗（reactance ) 會減少。結果，送電線圈的阻抗Z會降低，而對送電用線 圈1投入過大的視在電力。接著，因前述視在電力造成的 過大電流會流通至送電用線圈1，而會發生因等效串聯電 阻R1及交流電源的内部電阻R3所造成的電力損失。因 此，在日本專利特開平4-122007號公報^之實施例中，係確 保線圈的電感與電抗，且為了降低視在電力而配備磁性 材。當以空芯使用線圈時，為了可確保電抗，必須實現可 11 319286D01 201012023 以高頻率使其運作的線圈。亦即，只要實現高頻率且等效 串聯電阻R1較低的線圈即可。 以上係說明日本專利特開平4-122007號公報中記載 的線圈亦為未適於以空芯使用的構成。 在曰本專利實開平6-29117號公報中係記載藉由使用 將單導線形成為扁平電纜狀之導線而構成線圈，藉此可減 輕因頻率上升而造成等效串聯電阻增大的情形。此外，在 曰本專利實開平6-29117號公報之段落編號0013的表1中 係記載使用扁平電纜的線圈及使用其他線材的線圈在 50Hz及100kHz中的等效串聯電阻。 然而，曰本專利實開平6-29117號公報係以比值而非 電阻值來表示隨著頻率上升而造成的等效串聯電阻的增加 率，等效串聯電阻的實際數值不明。接著，不限於曰本專 利實開平6-29117號公報，在本申請案中所引用的專利文 獻並非為關於屬於線圈之重要特性的電感有所提及的文 獻。亦即，當等效串聯電阻之頻率特性的改善率不高於電 感的減少率時，並不能說已實現性能佳的線圈。換言之， 若以較高頻率未提高線圈的Q時，並不能說已實現性能佳 的線圈。

與曰本專利實開平6-29117號公報相反地，在日本專 利特開平8-148360號公報、曰本專利特開平4-122007號 公報中係推測為使用藉由在線圈配備磁導率（magnetic permeability )較高的磁性材料，而使電感比因頻率上升所 造成的等效串聯電阻的增加率更為增加，而提升線圈之Q 12 319286D01 201012023 . 之手法者。 。此外，若參照曰本專利實開平6-29117號公報之段落 編號0013的表丨’於習知例與實施例之比較中，係已記載 導體剖面積、線圈外尺寸、胆數。但是，由於導體的全長 不明，因此無法得知等效串聯電阻的實際數值。此外，在 本專利實開平6_29117號公報之段落編號〇G2G、0021、 第3圖中，跄3 雖已揭示將扁平電纔捲繞成平板螺旋狀的線 ❹^但關於第3圖的線圈，有關與使用其他線材而構成為 :板::走狀的線圈的性能比較或作用效果則未有任何記 此外’關於第3圖的線圈可用在電力傳送之内容亦完 全未見任何記載。 亦即，為奢Ιθ & ^ ^ 貰現電力傳送用之性能佳的線圈時，為了可 .#. 墩（耦合係數）而且避免因等效串聯電阻造 圈。接著 1失所帶來的線圈發熱，必須選擇適當構成的線 件，若僅，必須進行線圈的特性規定而決定線圈的運作條 〇 =上^善線圈之等效串聯電阻的頻率特性並不足夠。 办·^t述說明所示，將導線捲繞成平板且單層螺旋狀之 定論。因此送用線圈的電力傳送性能差乃為習知技術的 的提升。接丄藉由配備磁性材料等’以謀求電力傳送性能 述電力傳送I ’將作為左右電力傳送性能之要因之一的前 電力傳送用娃線圈的等效串聯電阻與頻率的關係、與前述

、用線圈的構成均考慮到的習知技術並不存在。亦 即，在習4 - J 、„ D筏街中，並未實現適於用在電力傳送裝置之捲 '繞成單層螺旋狀的電力傳送用線圈。此外，並未規定捲繞 13 319286D01 201012023 成單層螺旋狀的電力傳送用線圈的運作條件。因此，無法 實現電力傳送性能佳的電力傳送裝置。 【發明内容】 本發明之目的在提供一種規定習知技術中電力傳送 性能差之電力傳送用線圈的構成與特性而提高電力傳送性 能的電力傳送裝置、電力傳送裝置之送電裝置及受電裝置 以及電力傳送裝置之運作方法。 本發明之電力傳送裝置，係以送電部與受電部為可分 離的方式所構成，由至少包含將直流電力轉換成交流電力 的電力轉換手段及送電線圈的送電部；以及至少包含負載 及受電線圈的受電部所構成，使送電線圈與受電線圈相對 向，而由送電部將電力傳送至受電部。將相對向之線圈中 一方線圈單體的等效串聯電阻設為Rw(Q)，將與一方 線圈相對向之另一方線圈短路時之一方線圈的等效串聯電 阻設為Rs ( )。將至少一方線圈滿足Rs〉Rw之最南頻 率設為fl (Hz)、將電力轉換手段之輸出頻率設為fa (Hz) 時，以使fl為100kHz以上的方式，選擇一方線圈與另一 方線圈，且將fa設定在未達Π的頻率。 在本發明中，係藉由使用fl為100kHz以上的線圈， 且將電力轉換手段之輸出頻率fa設定在未達fl的頻率， 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 (Hz)時，將輸出頻率fa 14 319286D01 201012023 • 設定在未達f2的頻率。 在該例中，鋪由於傳送電力的頻料，滿足以心 可更加選擇等效串聯電阻R讀小的線圈，而且可 規疋最適於電力傳送的頻率範圍。 此外藉由使祕傳送電力的頻率巾，滿足 2Rw之條件的線圈’使線圈單體、以及使線圈相對向的 變量器之任一者均接近理想之理論上的特性，而可使電力 傳送性能比習知技術更為提升。 ® 較佳為將一方線圈的熱電阻設為<9i (°C/w)、將- 方，圈之容許動作溫度設為Twrc)、將設置一方線圈 之昜所的周圍，皿度設為Ta (）、而於傳送電力時，將流 至一方線圈之交流電流設為Ia(A)時，於輸出頻率fa中， 以使一方線圈滿足Rw$ (Tw—Ta) / (1&2)<叫的關係 的方式，由送電部將電力傳送至受電部。 如上所不，藉由規定由等效串聯電阻尺评及交流電流 © 1&的熱條件，可規定至少一方線圈之交流電流la的上限、 或者決定一方線圈之等效串聯電阻Rw之匝數的上限、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<11、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25倍以上， 而且導線的繞線數為預定匝數以上，至少一方線圈之自感 15 319286D01 201012023 為至少2/zH以上。 藉由如上所示在導線施加有絕緣被覆件，可防止導線 氧化，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及匝數，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〇.3mm以 下之複數條裸單導線的集合體施加有絕緣被覆件而形成， 至少一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 外徑設為D時，至少一方線圈外徑D為最大徑d2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0.3mm以下之裸單導線的集合體作為形成 至少一方線圈的導線，而使導體的表面積增加，藉此可抑 制因渦流損失及集膚效應所造成之等效串聯電阻Rw的增 加。 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體層，絕緣體層的 剖面積為導線整體剖面積的11%以上，至少一方線圈係將 設有絕緣體層之導線密繞成單層或多層螺旋狀而構成，當 16 319286D01 201012023 將設有絕緣體層之導線的最大徑設為d3、將至少一方線圈 外徑設為D時，至少一方線圈外徑D為最大徑d3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//H以上。 在該例中，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，因此在構成線圈之導線内部設置絕緣體，且減小 存在於貫穿導線中之磁通量路徑的導體體積，而使導體的 ❹表面積增加，藉此可抑制因渦流損失及集膚效應所造成之 等效串聯電阻Rw的增加。絕緣材料係在導線内部設置絕 緣層，並且使導線具可撓性，而可容易進行導線的彎曲加 工° 上述構成的線圈，由於等效串聯電阻Rw在寬頻率範 圍較低，且滿足Rs > Rn 2 Rw的頻率範圍亦較寬，因此電 力傳送特性佳。 @ 在較佳之另一實施形態中，導線係由分別經施加有絕 緣被覆件之複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為0.3mm以下，絕 緣被覆件的厚度t為（d4) /30以上。 在該例中，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，因此將0.3mm以下之裸單導線的集合體作為形成 至少一方線圈的導線，而使導體的表面積增加，藉此可抑 制因渦流損失及集膚效應所造成之等效串聯電阻Rw的增 17 319286D01 201012023 加。 該構成之線圈係由分別經施加有絕緣被覆件之複數 條單導線的集合體所構成，且在與各單導線相鄰接之其他 單導線之間藉由絕緣被覆件設置空隙，藉由流至各單導線 的電流所發生的磁通量密度為1 /複數，加上各單導線的 體積較小，因此可減低渦流損失。其中，當然亦可減低集 膚效應的影響，自不待言。 上述構成的線圈由於等效串聯電阻Rw在寬頻率範圍 較低，且滿足Rs>Rn2Rw的頻率範圍亦較寬，因此電力 傳送特性佳。 具體而言，相對向導線中至少一方線圈係將導線捲繞 成平面單層螺旋狀所構成，當導線的最大徑d為0.4mm以 上時，在相鄰接導線之導體間設置0.2mm以上的空隙，當 導線的最大徑d為未達0.4mm時，在相鄰接導線之導體間 設置d/2 ( mm)以上的空隙。 若未設置空隙時，各導線所產生的磁通量係全部貫穿 相鄰接導線，藉由因磁通量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 流損失，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 18 319286D01 201012023 成平=:2對向線圈中至少一方線圈係將導線捲繞 ^面單層螺旋狀所構成，t將至少—方線_最外周部 中相鄰接之各導線的各導體間所設置之空隙寬卢】 ❹ ❹ -方線圈的最内周部中相鄰接之各導線::導 所权置之空隙寬度設為12時，t2>tl>〇,空隙寬产 由最外周部朝内周部而增加，最内周料 : 的各導體間所設置之空隙寬度t2為至少0 2_以上各導線 線圈所產生的磁通量密度在外周部附近較低，在内周 部較南’因此，藉由密繞外周部、疏繞内周部，而在線圈 面上’可儘可能將磁通量密度設為一定，且可防止當相對 向線圈之相對位置變動時之可傳送電力降低。由於内周部 的磁通量密度較高，因此可藉由設置空隙來防止渦流損失。 上述構成之線圈，由於等效串聯電阻Rw在寬頻率範 圍較低’且滿足Rs>RngRw的頻率範圍亦較寬，因此電 力傳送特性佳。 此外，至少-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。 與設在内周部的1匝相比較，由於設在外周部的1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i阻與其說有助 319286D01 19 201012023 於電感的增加，還不如說會形成如前所述在磁通量密度較 高的内周部使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 圍較低，且滿足Rs>Rn2Rw的頻率範圍亦較寬，因此電 力傳送特性佳。 在更佳之實施形態中，為了防止線圈變形，將線圈形 成在絕緣板上或絕緣構件内之至少一方而予以固定。 藉由在絕緣材的一方側配置線圈，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 線圈間的絕緣耐壓。在固定兩線圈而作為變量器加以使用 的情形下，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 相對向的特性。由最初經一體構造予以設計的變壓器若未 實際組裝則無法確認性能，但在本發明中係可量測特性， 且在實際進行確認電力傳送性能之後再固定線圈。接著， 可實現可以任意比率設定受電線圈與受電線圈之繞組比的 輕量、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 20 319286D01 201012023 裝置之送電部的送電裝置，送電部係包含一方線圈，將輸 Λ 出頻率fa設定在未達fl之頻率，而將電力傳送至受電部。 在本發明中，係將一方線圈單體的等效串聯電阻設為 Rw。將當短路的另一方線圈與一方線圈相對向時之一方線 圈的等效串聯電阻設為.Rs。使用滿足Rs > Rw之頻率fl 為100kHz以上的線圈，而以未達fl的頻率驅動送電線圈。 藉由如上所示由送電部傳送電力，可使送電部的電力傳送 性能比習知技術更為提升。 © 本發明之另一其他態樣係包含上述記載之電力傳送 裝置之受電部的受電裝置，受電部係包含一方線圈，由將 輸出頻率fa設定在未達fl之頻率的送電部接受電力。 在本發明中，係將一方線圈單體的等效串聯電阻設為 Rw。將當短路的另一方線圈與一方線圈相對向時之一方線 圈的等效串聯電阻設為Rs。由使用滿足Rs>Rw之頻率fl 為100kHz以上的線圈，而以未達fl的頻率驅動受電線圈 0 的送電線圈接受電力。藉由如上所示由送電部使受電部接 受電力，可使受電部的電力傳送性能比習知技術更為提升。 本發明之其他態樣係一種使送電部之線圈與受電部 之線圈相對向，且由送電部將電力傳送至受電部之電力傳 送裝置之運作方法。當將相對向線圈中一方線圈單體之等 效串聯電阻設為Rw(Q)、將與一方線圈相對向之另一 方線圈短路時之一方線圈的等效串聯電阻設為Rs(Q)、 將滿足Rs>Rw之頻率fl為100kHz以上之驅動前述送電 線圈之頻率設為fd (Hz)時，以使fl為100kHz以上的方 21 319286D01 201012023 式選擇一方線圈與另一方線圈。電力傳送裝置係將fd設定 在未達fl之頻率而使電力傳送動作運作。 當兩線圈相對向時，使當與至少一方線圈相對向之另 一方線圈短路時之至少一方線圈之等效串聯電阻Rs大於 至少一方線圈單體之等效串聯電阻Rw，藉此可於傳送電 力的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’且等效串聯電阻Rw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100kHz以 上的線圈’可使電力傳送性能比習知技術更為提升。 較佳為當將與一方線圈相對向之另一方線圈予以開 放時之一方線圈之等效串聯電阻設為Rn(Q)、將滿足 RS>Rn^Rw的最高頻率設為f2 (Hz)時，將fd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足Rs>Rng Rw’而可進一步選擇等效串聯電阻Rw較小的線圈，而且 可規定最適於電力傳送的頻率範圍。 此外’於傳送電力的頻率中，使用滿足Rs > Rng Rw 件的線圈，藉此使線圈單體、以及使線圈相對向的變 置器之任一者均接近理論上的理想特性，且可比習知技術 更加提升電力傳送性能。 較佳為當將一方線圈的熱電阻設為0i(°C/W)、將 方線圈之容許動作溫度設為Tw(t)、將設置一方線 圈之場所的周圍溫度設為Ta(°c)、將傳送電力時流至一 22 319286D01 201012023 方線圈之交流電流設為la (A)時，當一方線圈傳送電力 時，滿足 RwS ( Tw— Ta) / ( Ia2x 0 i)的關係。 在該例中，藉由規定等效串聯電阻_ Rw及父流電流la 的熱條件，可規定至少一方線圈之交流電流la的上限、或 決定至少一方線圈之等效串聯電阻之匝數的上限、及等效 串聯電阻Rw較小的頻率區域。 【實施方式】 第1圖係本發明之一實施形態之電力傳送裝置100之 ❹方塊圖。於第1圖中，電力傳送裝置100係包含：送電部 30，係作為送電裝置而動作；以及受電部40，係作為受電 裝置而動作。送電部30係包含有直流電源Vd、送電控制 電路30a、以及送電線圈1。受電部40係包含有受電線圈 2、受電控制電路40a、以及負載RL。送電線圈1及受電 線圈2係相對向配置。 送電部30的送電控制電路30a係至少包含將直流電源 ^ Vd轉換成交流電力之反相器電路等電力轉換手段。較佳為 藉由交流正弦波或者接近交流正弦波的梯形波等以未達後 述之預定頻率來驅動送電線圈1，且藉由前述交流電力將 電力傳送至受電部40。受電部40係藉由受電線圈2接受 由送電線圈1送來的電力。受電控制電路40a係將所接受 到的電力供給至負載RL。受電控制電路40a係包含將交流 電力轉換成直流電力的整流電路等。若負載RL利用白熾 燈等交流電力來進行動作，亦可省略受電控制電路40a， 而將負載RL直接與受電線圈2相連結。 23 319286D01 201012023 其中，前述之交流係指使電流以正向、逆向流 &子相連接的線圈。以下將直流電源Vd轉 電 ::電源轉換手段標記為交流電源^、交流電源= 著父流電源Va的輪出頻率標記為fa(Hz)。此外， 將藉由交流電源Va驅動送電線圈Μ頻率標記為细 將在第1圖所示之相對向的送電線圈i及受電線圈2 中之-方線圈單體的等效串聯電阻設為Rw(n)。當將 與-方線圈相對向的另—方線圈短路時之—方線圈的等效 申聯電阻設為Rs⑻。本發明之一實施形態之電力傳送 裝置10G係、當將-方線圈滿足Rs>Rw的最高頻率設為打 (HZ)時’將送電部30所包含的交流電源的輸出頻率fa =定在未itfi的鮮輯，而將電力韻至受電部4〇。 當將fa設定成如上所述時’作為送電線圈之一方線圈或另 一方線圈係以頻率fd = fa予以驅動。結果使一方線圈滿足

Rs > Rw。 此外’將當將與-方線圈相對向之另—方線圈予以開 放時之一方線圈的等效串聯電阻設*Rn(Q)。接著，將 滿足Rs>RngRw的最高頻率設為£2(112)。電力傳送裝 置1〇〇係將送電控制電路30a戶斤包含之交流電源、Va的輸 出頻率fa設定在未達β的頻率區域，而將電力傳送至受 電部4G。當將fa設定成如上所料，作為送電線圈之一 方線圈或另一方線圈係以頻率纪=&予以驅動。結果使一 方線圈滿足Rs > Rn g Rw。 以下就本發明之電力傳送裝置所使用之線圈的具體 319286D01 24 201012023 例加以說明。以下說明之各實施形態的線圈係作為電力傳 送裝置100之送電線圈1或受電線圈2加以使用。詳細内 容將於後詳述，首先在送電線圈1或受電線圈2中規定至 少一方之線圈。接著規定與一方線圈相對向之另一方線 圈。當決定一方線圈以及與一方線圈相對向之另一方線圈 時，係決定一方線圈滿足Rs>Rw之條件的最高頻率fl。 或者，決定滿足Rs>Rn2Rw之條件的最高頻率£2。當決 定fl或f2時，係決定電力傳送裝置100之送電控制電路 ❹ 30a所包含之交流電源Va之頻率fa的上限。接著，將fa 設定成未達fl或Ω，且以頻率fd==fa來驅動送電線圈。 其中，於以下之說明中，主要記載當一方線圈及與一 方線圈相對應之另一方線圈為同一線圈的情形。當一方線 圈及與一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fl。接著，將 一方線圈與另一方線圈反轉，而求取另一方線圈滿足Rs @ >Rw之條件的最高頻率fir。當fir低於fl時，較佳為形 成為fl = flr，且將Va的輸出頻率fa設定為fa<fl。 第2A圖及第2B圖係顯示作為第1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 一例之圖，第2A圖係顯示俯視圖，第2B圖係放大顯示沿 著第2圖之線1B-1B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la 係構成為將導線11捲繞成平板且空芯之單層螺旋狀俾使 25 319286D01 201012023 線徑為（Um、认^雖沒有特職定’但較佳為對例如 而播:。上之單導線12單體施加有絕緣被覆件13 产雖簿緣破覆件13可為如漆包線（f_aiwire)般厚 二—^固的被膜、或者如乙婦基(Vinyl)線般厚的被膜

此外:於第从圖之實施形態中，係將導線U捲繞成 少。旦疋’可如第3A圖所示之長圓形、第3B圖所示之 :圓形、第3C圖所示之正方形、第3D圖所示之長方形、 第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。

當將線圈外徑設為D時，空芯線圈u之線圈外徑d 至少為單導線12之最大徑dl的25倍以上。而且構成為導 線11·數為預錢數，例如8以上。但是，當線圈的形 狀為圓形以外時’前述線圈外徑D如第3A圖至第3E圖所 不係規定線圈的最小外尺寸D，。此外，空芯線圈&的自 感至少為2//H以上。再者，將傳送電力之頻率中之空芯 線圈la單體的等效串聯電阻設為Rw(Q)。使2個第2入 $所示之空芯線圈la相對向而將相對向之一方線圈短路 時之另一方線圈的等效串聯電阻設為Rs(Q)。此時，將 滿足Rs>Rw的最高頻率設gfl(Hz)。作為送電線圈之 一方線圈或另一方線圈係藉由交流電源Va，而以為未達〇 之頻率的fd予以驅動。空芯線圈ia較佳為以1〇〇kHz滿足 前述Rs > Rw 〇 319286001 26 201012023 * 之所以將線圈外徑D選為單導線12之最大徑dl的25 倍以上係為了择保所需之輕合係數之故。之所以選擇導 線11的匝數為8以上，係為了獲得2"丑以上的自感之故。 其中’不僅本實施形態，在其他實施形態中亦為相通，以 在線圈設置未捲繞導線之預定内徑為宜。内徑只要滿足前 述外徑D的規定，係可為任意尺寸。 此外，將當將傳送電力之頻率中的前述相對向線圈的 一方予以開玫時之另一方線圈的等效串聯電阻設為Rn (Ω)。此時，將滿足Rs>Rn^Rw的最高頻率設為乜 (Hz)。作為送電線圈之一方線圈或另一方線圈係藉由交 流電源Va而以未達£2的頻率fd予以驅動。 此外，當將空芯線圈la的熱電阻設為0丨（。〇/1)、 將空芯線圈la的容許動作溫度設為Tw(〇c)、將設置空 芯線圈la之場所的周圍溫度設為仏^)、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 ❹圈1a正在傳送電力時滿足Rwg (Tw—Ta) / (ι?χθ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次侧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>RngRw、Rwg (Tw—Ta)/(Ia2X0i)。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。 319286D01 27 201012023 第4圖係顯示變量器之等效電路之 一 空芯線圈單體之等效電路 〜不 中所說明之第38諸_^_ 不構成為如習知例 7圖_ _單體之等效電路之圖，第 第8= 2次侧線圈短路時之變量器之等效電路之圖， 當負載電阻RL連接於2次側線圈時之變量 器之等效電路之圖。 出·！：，為了求取^、^在理論上的關係，先求 h之1次侧阻抗义卜於第斗圖中…係表示^欠 侧、圈的電感’ L2係表示2次側線圈的電感，M係表示1 次侧線圈及2次侧線關的互感，V1係表示丨次側線圈的 兩端電壓’ V2絲示2次側線圈（負載電阻虹）的兩端 電壓，II係表示流至1次側線圈的電、流，12係表示流至2 次侧線圈的電流，虹係表示負載電阻（純電阻），⑴系 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ζι之純電阻 成分（等效串聯電阻）及電抗成分（電感） 4圖的電路方程式。其中士―1>ω為角頻率，^第2 7Γ f ( f 係頻率，Hz ) 〇

Vl=j6jLl · Il+jwM · 12 …（1) V2=j6ijM · Il+j〇)L2 · 12 …⑺ V2= -RL · 12 ··· (3) 由於欲求取Zl = Vl/ii，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 319286D01 28 201012023 - O = · 11+ (j0L2 + RL) 12 ，將上式解出12，代入上述聯立方程式的（1)式而消去I2 時，即得

Vl= (j〇)Ll+6)2MV (j^L2 + RL) ) Ii ，由於Ζ1 = νΐ/Ι1，由上述可得zi為 Zl=j〇;Ll +ω2Μ2/ (j6L>L2 + RL) 。實際的變量器係在1次侧線圈具有等效串聯電阻Ri、在 2次側線圈具有等效串聯電阻μ，因此考慮第6圖的電 響路’假設RL = R2，即得 Z1 = R1+j^Ll + ω 2M2/ Cj6〇L2 + R2) =1乘以上 / ( ω 2L22 。當將（-j ω L2 + R2 ) / ( — j ω L2 + R2 ) 式之ω2Μ2/ (』ωΙ^2 + Ι12)，即得

Zl = Rl+j^Ll+ω2Μ2 (-j^L2 + R2) + R22) ，若整理實數項與虛數項，即得 ❹ Z1 = R1 + R2· ω2Μ2/ (w2l22+r22) + 沁 u—』 ω L2 · ω 2M V ( ω 2L22 + R22) 1Α2=ω2Μ22//(ω2]ί22 + Κ22)，ΖΗ^

Zl= (R1+A2R2) +jw (LI—A2L2)…（4) 2由於ω > 0、M2 ^ 0、L22 > 〇、R22 > 〇，因此很明顯地 A2^0。亦即，於第6圖中，1次側線圈的輸入阻抗Z1為 Zl = Rl+j0Ll …（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 -人侧線圈短路時’ 1次側線圈的等效串聯電阻R1會增 319286D01 29 201012023 加’電感Ll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>Rn2Rw之 關係時所引用的基本式。 接著’關於第2 A圖所示之空怒線圈1a ’就具體例加 以說明。雖然有部分重覆，但在此先明確定義記號。Rw 係空芯線圈la單體的等效串聯電陴（第5圖之R1) ，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la的等效串聯電阻（第6圖的 R1 )，Rs係其他空芯線圈與空芯線圈1 a相對向而將相對 向之空芯線圈短路時之空芯線圈la的等效串聯電阻（第7 圖的Rl) ’kr係由前述Rw及Rs近似求取之兩線圈間的 耦合係數。 此外’當將空芯線圈1&單體的電感設為Lw，將其他 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Ls時’將由Lw及Ls近似求 取的麵合係數標記為ki。kr及ki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次侧與2次侧加以區別’但由於變量器可使1次侧與2 次侧反轉，因此第6圖的Rl、L1即使考慮作為2次侧的 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1次側、2次側之至少一方即可。 例如，巧*在2次側（機器側）使用與空芯線圈la相同構成 者，在1次側（送電侧）亦可使用螺旋（solenoid)狀線圈或 後述之蜂窩（honey comb)狀多層繞線線圈。將空芯線圈la 30 319286D01 201012023 單體的等效串聯電阻設為Rw。將短路的螺旋狀線圈或蜂

I 窩狀多層繞線線圈與空芯線圈la相對向時之空芯線圈la 的等效串聯電阻設為Rs。此時，作為送電線圈的螺旋狀線 圈或蜂窩狀多層繞線線圈以未達滿足Rs>Rw之最高頻率 fl的fd而藉由交流電源V a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1mm的漆包線（formal wire )以外徑 ® 70mm密繞成25匝（T)的空芯線圈1A的Rw、Rn、Rs 及將10Ω的負載電阻連接在空芯線圈1A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0.6mm的漆包線以外徑70mm 密繞成40匝的空芯線圈1B的Rw、Rn、Rs、kr、ki與頻 率的關係之圖。第11圖係表示將銅線徑〇.3mm的漆包單 導線以直徑70mm密繞成70匝的空芯線圈1C的Rw、Rn、 q Rs與頻率的關係之圖。第12圖係表示將銅線徑0.3mm的 漆包線以直徑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圖係表示將空芯線圈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1A之Rw、Rn、 Rs及將10Ω的負載電阻連接在空芯線圈IF時的有效電力 傳送效率與頻率的關係之圖。第14圖係表示將銅線徑1mm 的漆包線以設置約1mm之空隙的方式捲繞成14匝成為外 徑70mm的空芯線圈1E的Rw、Rn、Rs、kr與頻率的關係 31 319286D01 201012023 之圖。第15圖係表示將銅線徑0.2mm、0.4mm、0.8mm、 1mm的各漆包線以平板狀密繞成25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0.05mm的漆包線 而成的電線（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、kr、ki與頻率的關 係之圖。第17圖係表示將捆束75條銅線徑0.05mm的漆 包線而成的電線（李茲線）密繞成20匝成為外徑50mm的 空芯線圈1G的Rw、Rn、Rs、kr、ki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 圈間相對向的距離很遠，Rn、Rs係比相對向距離為零時稍 微降低，但是相對向距離為前述線圈外徑D之1/10左右 時幾乎沒有改變。實際上，當相對向距離增加時，耦合係 數會降低，1次侧的電抗會增大，視在電力會增加，因此 電力因數（power factor )會降低。因此可確認與日本專利 特開平4-122007號公報之揭示資料並不相同，電力傳送性 能係遠低於曰本專利特開平4-122007號公報所記載之比 較例1的資料。 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RwS (Tw—Ta) / (Iax0i)的規定予以抑 制，且如後所述，第8圖中之R1、R2的值不明而且Tw、 Ta係依線圈的使用條件而異，因此於本發明中，只要於相 對向距離為零、或者於實際使用之線圈的相對向距離中量 32 319286D01 201012023 ，前述之Rw、Rs、Rn，以求取滿足RS>Rw的最高頻率 、以及滿足Rs>Rn2Rw的最高頻率卩即可。 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6·7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$頻率上升而增加，已知㈣效職渦流損失等 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:次侧線圈短路時’ i次侧的純電阻值係增加至（ri + A R2)。在此，R2係表示2次侧線圈的等效串聯電阻， 當將Μ设為1次侧線圈與2次侧線圈間的互感、將g設為 角頻率（〇)=2;rf，f係頻率，Hz)、將[2設為2次^線 圈之自感時，Α2= ω2Μ2/ ( 02L22 + R22)，ω2>〇、m2 20、L2 >0、R22>〇，因此很明暴再地α2》〇。其中，關於 1次側的電感，去1次側線圈的自感為L1時，如第7圖所 示，已知當2次侧線圈短路時，丨次侧的電感係減少至（；li -A2L2)。 但是，若參照第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n圖可知， 形成Rs<Rw的頻率在空芯線圈ία係約為67kHz以上。 在空芯線圈1B係約為208kHz以上。在空芯線圈lc係約 為820kHz以上。在以平板螺旋狀密接而將漆包線加以捲 繞而成的空芯線圈中，如上所示，漆包線的線徑愈粗，則 滿足Rs > Rw的最局頻率f 1愈低。此外，根據第12圖， 319286D01 33 201012023 在使用與空芯線圈lc相同的單導線，且捲繞成31阻成為 外徑30mm的空芯線圈m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’滿足Rs> Rw的最高頻率f 1 較低的空芯線圈中，伴隨頻率上升之等效串聯電阻 增加率亦較高。根據第15圖’即使為將02mm、04mm、 0.8mm、l.〇mm等分別不同線徑的漆包線形成同為乃次之 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 ❿ 阻⑼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sRs>Rw的最高 頻率fi較高，因頻率上升造成等效串聯電阻⑼的增加率 亦較小0 亦即，若按照電路理論，則必須滿足以>1111=11〜的 關係，但在使用空芯線圈1A至空芯線圈1D而構成為如第 6圖、第7圖所示的變量^巾，係在頻率較高的輯中， 並未滿足RS>RW的關係。例如，在空芯線圈1B中，由❹ 第10圖可知，在頻率208版以上的點形成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圖中在形成 Rs<Rw的頻率區域中，並無法求出第8圖所示之等效串 聯電阻R1及R2的實際值。其—例顯示於以下。其中，在 此由於由等效串聯電阻近似求出耗合係數，因此將輕合係 數標記為kr。如後所述，將由電感求出的耦合係數標記為 319286D01 34 201012023 ki 〇 根據已知的電路理論，若將耦合係數設為kr、將互感 設為M、將1次側線圈的自感設為li、將2次侧線圈的自 感設為L2時”則成立M2 = kr2 . L1 · L2的關係。若在1 次侧線圈與2次侧線圈使用相同線圈，由於形成r1 = R2、 L1 = L2，因此在滿足ω 2L22 > > R22時，即得八2二& 2^2 / (w2L22 + R22)与 ω2Μ2/ (6〇2L22) =kr2.Ll/L2 = kr2。因此，由（R1 + A2R2)，形成（Rw + kr2Rw) ， 以kr2与（Rs_Rw) /Rw而言，近似求取kr2，而得匕= ’（（Rs — Rw) /Rw)。 o 其中’關於是否滿足02L22>>R22’若為相同線圈， 由於RH2、L1 = L2，因此計算^LiVrw2，在該值為 50以上時所求取的耦合係數的值係判斷為誤差左右。 在第9圖至第12圖、第16圖、第17圖中，若為ι〇ωζ 至％kHz以上，則02liVrw2>5〇。在滿足Rs>Rw的 類率區域中，如上所述，係可由尺％、仏近似求取耦合係 數kr。 然而’在形成RS < Rw的頻率區域中，必須為正的a2 會變成負’應為正的耦合係數kr的平方kr2亦會變成負， 因此無法由等效串聯電阻RW、Rs求出耦合係數，而由前 ，(4)式可知，於第8圖中，並無法求出R]l、R2的實際值。 + — Rw，搞合係數kr會變成零，當rs < rw，則在數 學上，耦合係數kr會變成虛數。實際上2個線圈相對向而 感％為μ#0，但兩線圈間之麵合係數為零或者為虛數 319286D01 35 201012023 在理論上並不可能。 在不滿足Rs>Rw之條件的頻率區域中，如上所述， 第8圖之等效串聯電阻R1及r2的值為不明。此外，線圈 的等效串聯電阻Rw變大，即使電流I流至1次侧、2次側 之任一者的線圈，因RlxI2、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次侧、2次側，當2 xRw — Rs時，麵合係數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。將空芯線圈1A使用 在一方線圈及另一方線圈之雙方。此時，根據第9圖，空 这線圈1A滿足Rs>Rw的最高頻率fl約為67kHz。亦即， 空芯線圈1A的π係未達l〇〇kHz。因此，若將使用有1mm 漆包線的空芯線圈1A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4-122007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1的 。線圈係將1mm的究漆(enamel)單銅線捲繞25次而成 為平板且螺旋狀者，為與空芯線圈1A大致相同的構成。 本申％案發明人係將空芯線圈1A滿足Rs > Rw之日本專 矛J特開平4-122007號公報所記載的5〇kHz作為電力傳送頻 率而進行追加測試。當兩線圈的對向距離為零時，可將約 1〇w的有效電力傳送至與受電線圈相連接的1〇Ω的無感 36 319286D01 201012023 電阻（non-inductive resistance)。可確認出曰本專利特開 肩 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，在日本專利特開平4-122007號公報中，係在1 次侧線圈及2次侧線圈使用相同線圈。因此，將本申請案 第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 一來，空芯線圈1A之至少滿足Rs> Rw的最高頻率fl會 ❹ 由67kHz上升至110kHz。結果，可使電力傳送性能比日 本專利特開平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 件的頻率係在相對向線圈為空芯線圈1A時，根據第9圖 ^ 約為67kHz，在相對向線圈為空芯線圈1F時，根據第13 圖約為110kHz，在相對向線圈為空芯線圈1G時，雖未圖 示但為150kHz。藉由選擇相對向的另一方線圈，可使空芯 線圈1A滿足Rs>Rw之條件的最高頻率fl上升。其中， 當使空芯線圈1A與空芯線圈1F相對向時，空芯線圈1F 滿足Rs > Rw之條件的最高頻率為2MHz。在如上所示的 頻率區域中，由於空芯線圈1A單體的等效串聯電阻Rw 為10Ω以上之較高的數值，因此根據後述之藉由Rw所得 之熱條件的規定RwS (Tw—Ta) / (Ia2x0i)，可規定 37 319286D01 201012023 可流至作為2次侧線圈之空芯線圈1A的電流。 較佳為在組合使用空芯線圈1Α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fl，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， 在曰本專利特開平4-122007號公報記載的比較例1中，係 在送電線圈、受電線圈之雙方使用與空芯線圈1A大致相 同的線圈。此時，空芯線圈1A滿足Rs>Rw之條件的最 高頻率fl約為67kHz。藉由組合使用空芯線圈1A及空芯 線圈1F，即使將空芯線圈1A使用在送電線圈、受電線圈 之任一者，亦可以67kHz以上來傳送電力。此外，於曰本 專利特開平4-122007號公報記載的比較例1中所記載的 50kHz中，亦可提升電力傳送性能。 如前所述，藉由組合使用空芯線圈1A及空芯線圈 1F，可提升空芯線圈1A的fl。於本發明中，係在一方線 圈的fl較低時，選擇一方線圈的fl高於預定頻率（例如 100kHz)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。藉由形成 如上所述的構成，可以較高頻率來使用線圈。並且，可改 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。於一方線 圈中，量測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Π較高的線圈組合中，電力傳送性能的頻率特性較 38 319286D01 201012023

佳。接著將交流電源Va的輸出頻率fa設定為未達fl。如 上所示可實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1D，其滿足Rs>Rw的最 高頻率Π均超過l〇0kHz。將線圈}3至1〇作為一方線圈， 將另:方線圈作為線圈1B至1D之任一者。於一方線圈 中，求出滿足Rs>Rw的最高頻率fl。將電力傳送裝置所 包含之交流電源Va的輸出頻率fa設定為未達fl。如上所 示可實現電力傳送性能佳的電力傳送裝置。 接著，就滿足Rs>RngRw的情形、以及未滿足Rs >RGRW的情形之差異加以制^如前所述，在空怒線 圈單體中，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13 圖所示’僅2次侧線圏相對向’而在頻率較高區域中，幻 由Rw上升至RneR1係i次侧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圖之幻（盘 ❹ 如相同）的頻率特性之差異係藉由在第9圖至第13圖所 描緣的Rw及Rn的曲線圖得知。 此外，由Rw及RS求取前述之a2，絲得A2的平方 根，藉此可近似求―合係數kr係如上所述。 在第U圖中描繪出空芯線圈1E之由Rwms求出的 耦、在第16圖中贿出空芯線圈1F之由Rw及 Rs求出的耦合係數kr。如第

.^ ^ 禾i4圖所不，在空芯線圈1E 中，者頻率上升，Rn增力 L ^ ^ 〇 曰刀的比率較低，至約3.7MHz為 =’ Rs>Rn^Rw。如帛16圖所示，在空芯線圈 319286D01 39 201012023 :中車[隨:Γ上升’ Rn急遽增加’當形成7^^ * RS近似求取之兩__•合係數 伴知空芯線圈1E至約2麻為止，係 =:數kr為約。.8以上的值，相，於此，㈣線 頻率上H合係數^係由為1〇舰時的〇.9左右，隨著 升而降低，在1驗中降低至“5左右。因此，變 件未=Rs>rgRw_率係以儘可能較高者為佳。 =述滿足RS>㈣Rw之條件的頻率區域使用線 圈藉此使第5圖之線圈單體及構成為如第6圖所示的變 量器之任—者均接近_上的理想熟，因此可比習知技 術更加提升電力傳送性能。 然而，依據頻率區域的不同，並未滿足Rn==Rw，而 變成Rn>Rw，由於受到Rn的影響，因此於第8圖中，並 無法正確求出R1及R2的值。此外，Ri、r2係依據第38 圖所示之RL而變動。亦即，藉由流至R1、r2的電流’ R1、R2會發生變動，當然亦依據頻率的不同而發生變動， 因此於第38圖中，並無法測量在電力傳送時之Ri、R2實 際的正確值。 其中，於本實施形態中，關於是否滿足rs>Rw、Rs >RngRw之2個條件的測量，係記載使同一線圈相對向 的情形。然而，如第13圊所 示，使構造、構成、外“等不 同的任意2個線圈相對向，而以j次側線圈、2次側線圈 之任一者進行量測即可，亦可不使同一線圈相對向來進行 319286D01 201012023 測量。 此外，關於有關Rs>Rn2Rw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。 接著說明RwS (Tw—Ta) / (Ia2x0i)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Rl、R2並不明，結果於第7圖 中，在電路理論上會變成Rl>Rw。亦即，除了最低限度 以Rw為基準以外，無法規定線圈的熱條件。因此，必須 〇 最低限度以Rw為基準，來規定線圈的熱條件。 在實施本發明時，線圈之熱電阻θί (°c/w)係依線 圈的構造或設置條件來決定。例如，當線圈為空芯單體時， θί較高，若將線圈固定在熱電阻較小的樹脂内而且設置 在水中時，0i則較低。線圈為可動作的溫度Tw (°c )係 依據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50°C至80°C， @ 在設置在人體、動物等可觸碰之處時等，為例如40°C左 右。關於供設置線圈之場所的周圍溫度Ta (°C )，在室外 .等係例如一20°C至40°C，在室内等係例如15°C至30°C， 在機器内部等則係例如40°C至50°C。 通常物體的溫度愈高，則在周圍散出愈多的熱，因此 正確而言必須解出熱擴散方程式，但關於具有各種構造的 線圈，由於難以加入比熱等熱常數來解出熱擴散方程式， 因此藉由下述方法，簡單求出熱電阻6»i(°C/W)。 首先，在供設置1次侧或2次侧線圈的場所，先求出 41 319286D01 201012023 3始2態之線圈溫度Tl (°C )。將直流之定電流Id (A) 流至前述線圈，而量測前述線圈之兩端電壓Vd(V)，形 成Pd=VdxId(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（penrec〇rder)等 進灯記錄而求取平均值，或者以a/d轉換器等逐次監視 Vd而求取平均值。若達到熱平衡，即進行測量線圈電阻 T2 ( C )。熱電阻(t/w)係形成 0i= (T2_T1) /Pd (°C/W)而求出。該測量最好係改變Id的電流值而 測量數次，且作為平均值而求出。 若將藉由以實際之使用條件下之線圈的等效串聯電 阻Rw ( 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 出的熱電阻θί (°c/W)時，即求出以實際之使用條件下 之線圈的溫度上升值Tr(°C )。當Tr= 0ixRwxIa2rc )， 將線圈可進行動作的溫度設為Tw(°C)、將供設置線圈 之場所的周圍溫度設為Ta ( °C )時，即得Tr=Tw—Ta， 當不滿足不等式Tw—Tag 0 ixRwxIa2 ( °C )時，由於超過 線圈的可使用溫度，因此難以實施本發明。 關於等效串聯電阻RW ( Ω )的條件RwS (Tw—Ta) / (Ia2x 0i)係將前述不等式變形，而規定rw或ia的條 件。於傳送電力的頻率中，等效串聯電阻rw係以1次側 或2次侧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 42 319286D01 201012023 據電源條件來決定、於2次㈣依據負載條件來決定的變 數，其他的Tw、Ta、則為已知的常數。因此，若求得 RW，即規定1a的上限值，相反地，若決定la，則規定Rw 的上限值。 RW係直流電阻Rd與交流電阻Ra的和，由於Rd與

Rw係可直接實際測量，因此藉由決定ia ,可規定藉由繞 線數所增加之作為別與⑽之和的等效串聯電阻Kw的上 限值，根據等效串聯電阻Rw與頻率的關係，可規定 ©送電力的頻率範圍。 1VXl〇A、與10VxlA的任-者均同為10W的電力， 而關於因線圈的孳#虫錄 , 寺效串聯電阻所造成的電力損失，10A的 隋1A # 100倍。當非為電力，且無論1次侧、2次侧 而“抓至線圈的電流Ia.，且不規定因線圈的等效串聯電 阻所造成的電力指4 Hi ^ ^ 貝失時，並無法改善在2個線圈間之電力 傳送性能。 ❹ 在本發明之各實施形態中’藉由未配備磁性材料的空 怒線圈’在耗合係數兔 数為0.9左右以下的疏耦合狀態下，實 現在2個線圈間在 甘乂住為難以進行之可傳送大電力的空芯 線圈。如前所述，雷士 m μ ^ 電力因數雖為〇·5以上，但在疏耦合狀 L下，技入至1次側雄ΑΑ ]線圈的無效電力有時亦有超過有效電 力的情形。 電力因數由1降到0.5時 線圈的電流係變成/~2倍，由 Rw所造成的損失即變為2仵 ，藉由視在電力流至1次侧 1次側線圈之等效串聯電阻 。而且，當電流流至與2次 43 319286D01 201012023 側線圈相連接的負載電阻時，藉由流至2次侧線圈的電流 =產生的磁通量會貫穿形成丨次侧線圈的導線而產生渦流 損失，而使1次側線圈發熱。因此，不等式RwS ( Tw-

Ta) / (ΐ^Χθί)較佳為滿足實施本發明若不滿足時， 即難以實施本發明。 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 值則由負載電阻RL觀看到的2次侧線圈由於視為1次 側予以短路，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Rsg (Tw—Ta) / (Ia2x0i) 時則更佳。此外，於第38圖中，R1的值雖為不明，但在 1次侧線圈中若亦滿足Rs$ (Tw—Ta) / (Ia2x6li)時則 更佳。 但是’在一般之變量器中，磁通鏈（fluxlinkage) (Dc、 漏磁通Og及耦合係數k的關係為k2= φ(ί/( 〇c+ 〇g)、 l — k= d)g/ ((Dc+Og)，誠如所知，磁通鏈①。係傳達 有效電力。漏磁通φ g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〗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9〇 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。 319286D01 201012023 因此，假設等效串聯電阻Rw為小到可忽視的程度， 並無關於漏磁通的比率，而可傳送大電力。然而，在曰本 專利特開平8-148360號公報所揭示之構成的線圈中，等效 串聯電阻Rw雖小，但是由於線圈的自感與耦合係數小， 因此電力因數明顯很小。因此，由於變得必須將較大的視 在電力供給至1次侧線圈，因此為了實現適於傳送電力的 線圈，係必須規定線圈的構成，適當設定所有參數，而且 儘可能縮小等效串聯電阻Rw。 ❹ 其中，可將本發明之空芯線圈使用在電力傳送之頻率 的上限係可藉由規定前述滿足Rs>Rw之最高頻率的Π、 滿足Rs>Rn2Rw之最高頻率的f2來求取，而可將前述空 芯線圈用在電力傳送之頻率的下限係可藉由將施加至空芯 線圈單體的電壓V、及流至空芯線圈單體的電流I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fl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1G中，若未達20kHz，則前述V與 前述I的相位差為80度以下。 如前所述，若參照第10圖，空芯線圈1B滿足Rs> Rw之最高頻率fl約為210kHz，滿足Rs>Rn2Rw之最高 頻率f2約為75kHz。藉由規定滿足Rs>Rw之最高頻率fl 所得之空洛線圈1B之可使用頻率區域為5kHz至 210kHz，藉由規定滿足Rs>Rn2Rw之最高頻率f2所得 45 319286D01 201012023 之1B之可使用頻率區域為5kHz至75kHz。如上 戶斤述，可將本發明之空芯線圈在接近理論上之理想特性的 在第線圈1c之前述相 供差。在滿足RS>RW之最高頻率fi高於空芯線圈m之 Π的工心線圈ic中’前述相位差為8〇度的頻率係 gKHz，比 5kHz 稍高。 如上所述，根據本實施形態，藉由規定空芯線圈la 之導線11的線徑、線圈外#及阻數可雜所需之自感盘 辦合係數k。此外，可規定空芯_ la之電流值Ia的1 嗥、或者用以決定空芯線圈la之等效串聯電阻⑺的阻數 的上限，當連接負載電阻時的電抗义與純電阻R的比V R、以及施加至線圈之交流電壓與交流電流的相位差$為 楝小，電力因數cosp為極大，而且在等效串聯電阻尺评較 小的頻率附近使用空4線圈1 a，藉此可減低電力傳送時之 難效電力、視在電力。並且，可將有效電力效率提高至例 _ 85%以上。 第18A圖係使用在第1圖所示空芯線圈之其他導線的 剎視圖。在第2A圖中’雖使用剖面為圓形者作為單導線 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18B圖之例所示 在剖面為多角形之單導線12b施加有絕緣被覆件13b者 等。於該例中，以絕緣被覆件13a、13b而言，亦可為如漆 包線（formal wire)般厚度雖薄但堅固的被覆件、或者如 心烯基線般厚的被覆的任一者。 46 319286D01 201012023 但是，在第18A圖及第18B圖中，表示最大外徑dl 的線較佳為與捲繞導線的面呈平行。此在本發明之其他實 施形態中亦為相同。此外，當相鄰接的導線相密接時，較 佳為以使導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圖所示之空芯線圈la係將導線11捲繞成平板 空芯單層螺旋狀，相對於此，第19圖所示之空芯線圈lb 〇 係以使剖面成為傘型的方式形成為空芯單層螺旋狀。 此時，第19圖之繞組寬度為D1、内徑為D2，以2x D1 + D2為導線之最大外徑尺寸dl之25倍以上為条件。 其中，表示2個繞組寬度D1的線所呈角度0較佳為設定 在180度至90度之間。但是，於第19圖中，繞組寬度D1 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0接近零的螺旋形狀。 ^ 第20A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la的磁場強度進行對比而加以說明之圖。如第20B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lb上下相反時在平面位置的磁場強度。如第20A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。 47 319286D01 201012023 此外，空芯線圈lb亦可以剖面晝出波線的方式予以 捲繞。 第21圖係將導線捲繞在絕緣材上之線圈的剖視圖。 該例係將第2A圖所示之空芯線圈la配置在絕緣材5上， 將絕緣性樹脂6塗布在空芯線圈la之單導線11上者。在 該例中，由於係使作為絕緣構件的絕緣性樹脂6填入導線 11間而予以固定，因此可防止空芯線圈la變形。亦可取 代絕緣性樹脂6而以接著劑將空芯線圈la固定在絕緣材5 上。藉由形成如上所示的構成，可減低熱電阻0 i，而可抑 制線圈發熱。 具體而言係將5mm左右的絕緣材5設置在兩線圈間， 藉此即使在1次侧與2次側之間有1萬V左右的電位差， 亦不會造成問題。此外，由於可使熱電阻降低而減低 線圈發熱，因此可傳送大電力。 第22A圖及第22B圖係顯示本發明之另一實施形態之 電力傳送裝置之空芯線圈之圖，第22A圖係顯示俯視圖， 第22B圖係放大顯示沿著第22A圖之線2B_2B的剖面。 在第22B圖所示之實施形態中，係將在以單導線12 而言最大徑dl為0.4mm以上的單導線12施加有絕緣被覆 件13的導線11捲繞成平板空芯單層螺旋狀，如第22B圖 所示，在空芯線圈lc之相鄰接的各導線11間設置0.2mm 以上的空隙t而予以疏繞而成者。於該例中，絕緣被覆件 13可為如漆包線（formal wire )般厚度雖薄但堅固的被覆 件、或者如乙烯基線般厚的被覆件的任一者。此外，由於 48 319286D01 201012023 . 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 4mni時，係 設置t=dl/2的空隙。其中，本實施形態中，關於後述之 其他實施形態的導線亦為相同，將最大外徑dl標記為d。 於本實施形態中，空芯線圈卜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dl的25 倍以上，而且導線11之繞線數為8以上。此外，以滿足空 芯線圈lc之自感至少為2“！！以上為條件。 ❹ 此外’當將傳送電力之頻率中之空芯線圈lc單體的等 效串聯電阻設為RW(Q)、將使2個第22A圖所示之空 芯線圈lc相對向而將相對向之一方線圈予以短路時之另 一方線圈的等效串聯電阻設為Rs (Ω)時，若將滿足Rs >Rw之最高頻率設為fl，則作為送電線圈之一方線圈或 另一方線圈係以未達fl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 ❹方予乂開放時之另一方線圈的等效串聯電阻設為如（门） 時若將滿足Rs>Rn^Rw之最高頻率設為G，則作為送 電線圈之-方線圈或另—方線圈仙未達β的頻率纪予 以驅動。 此外，當將空芯線圈lc的熱電阻設為0 i (〇c/w)、 將空芯線圈lc的容許動作溫度設為Tw d )、將設置空 f線圈1e之場所的周圍溫度設為Ta(t)、將傳送電力 枯流通至空芯線圈lc的交流電流設為1&⑷時，即滿足 RW$ (TW—Ta)/(Ia2x〜）的關係。 319286D01 49 201012023 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，並且由於前述渦流，使在導線中流通 的電流受到影響，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Φ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。 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 電阻Rw增加。其中，導線11附近的磁通量Φ較強，若稍 微離開導線11，磁通量Φ會急遽變弱，因此即使為微小空 隙亦具有效果，空隙寬度雖可擴大為任意尺寸，但若過於 擴大，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/zH以下的情形。 第23圖係將第9圖所示之密繞的空芯線圈1A單體的 等效串聯電阻Rw、及第14圖所示之疏繞的空芯線圈1E 單體的線圈等效串聯電阻Rw的頻率特性予以比較之圖。 如第23圖所示，當頻率上升時，疏繞的空芯線圈1E與密 繞的空芯線圈1A相比，可抑制線圈之等效串聯電阻Rw 的增加。此外，在同一外徑的線圈中，由於繞組的全長變 短，因此可將直流電阻抑制為較低。 第24圖係顯示當將0.4mm的漆包線捲繞成25匝時， 線圈之等效串聯電阻的頻率特性會依空隙寬度的不同而如 50 319286D01 201012023 何變化之圖。空隙寬度雖設有0.2mm、0.4mm、0.8mm、1 mm， 但可知較寬空隙可抑制隨著頻率上升所伴隨之等效串聯電 阻的增加。其中，由於將匝數形成為相同，因此空隙寬度 愈寬，線圈外徑愈大，且構成線圈之銅線全長會變長，因 此在低頻率中，等效串聯電阻係以未設置空隙者較低。 但是，由於渦流損失係與磁通量所貫穿之導體體積成 正比，因此若單導線的最大徑不是0.2mm以上時，即使在 導線間設置空隙t，因頻率上升造成線圈之等效串聯電阻 ❹ Rw的增加率並不會降得那麼低。由第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電 阻Rw的關係來看亦可知若為線徑0.2mm，因頻率上升造 成等效串聯電阻的增加率會變少，若為線徑〇.2mm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0.3mm的單導線並捲繞成31 q 匝而製成外徑30mm的線圈1D的自感約為19//Η。將線 圈1D捲成雙層之線圈的自感約為76//Η，獲得的結果與 自感與匝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 51 319286D01 201012023

Rs>Rw之最高頻率為550kHz，由於電感較高，因此即使 以未達250kHz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1MHz的等效 串聯電阻為2.16Ω，且等效串聯電阻的增加率為2.16/ 0.83 = 2.60，小於將後述之線徑1mm之單導線設置空隙而 捲繞成的空芯線圈1E的增加率7.6。但是，在線徑0.2mm 的空芯線圈中，由於Rw的絕對值會變大，熱電阻0i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 RwS (Tw—Ta) / (Ia2x0i)的關係。 以下參照第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1mm的 漆包線，但是可知在5kHz至約3.7MHz之間，滿足Rs> Rn^Rw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。5kHz時之 空芯線圈1A的Rw約為0.08 Ω，空芯線圈1E的Rw約為 0.05Ω。1MHz時之空芯線圈1A的Rw約為3.8Ω，空芯 線圈1E的Rw約為0.38 Ω。若由因頻率所造成的增加率來 看，在空芯線圈1A為3.8Ω/0.08Ω = 47.5，在空芯線圈 1E為0.38Ω/0.05Ω = 7.6。如上所示，空芯線圈1E單體 的等效串聯電阻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 52 319286D01 201012023 IE，即可以高頻率來傳送電力。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 > Rn$ Rw 的最高頻率f2亦較高，因此電力傳送特性佳。 如上所述’藉由在相鄰接的導線間設置空隙，可明顯 改善隨者頻率上升而伴隨之等效串聯電阻的增加率。相對 於經改變線材的曰本專利實開平6-29117號公報的新^[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 Ο 中’雖未記載電感，但是1MHz中之空过線圈ιέ單體的 自感約為6.9aH、電抗Xi約為43Ω、等效串聯電阻rw 約為 0.38Ω、線圈的 q 為 Q = xi/Rw=43/0.38=約 115, 性能非常佳。 另一方面，1MHz中之空芯線圈1A單體的自感約為 23//H、電抗Xi約為Μ5Ω、等效串聯電阻rw約為3.83 Q、線圈的Q為Q = Xi/Rw= 145/3.83=約38，空芯線 圈1E在高頻率的特性係比空芯線圈ία更加明顯改善，與 空芯線圈1A相比，可知等效串聯電阻較低的空芯線圈ιέ 雖然電感降低，但在高頻率亦可使用。 第25A圖及第25B圖係顯示本發明之另一實施形態中 之電力傳送裝置之線圈之圖，第25A圖係顯示俯視圖，第 圖係放大顯示沿著第25A圖之線3B-3B的剖面。 該實施形態中，空芯線圈Id之外周部中相鄰接的導 線11係相密接而密繞，内周部中相鄰接的導線11係以具 有变隙的方式予以疏繞而捲繞成平板空芯單層螺旋狀。結 53 319286D01 201012023 果，如第25B圖所示，設在空芯線圈ld外 的導線間之空隙寬度u係窄於設在空 彳内目： 相鄰接的導線間之空隙寬度t2〇 内周的 =本實施形態中，空芯線圈ld係構成為：當線圈外 在為D時’線圈外徑D至少為單導線12之最大徑以的 25倍以上，而且導線u的繞線數為8以上。並且，以办 芯線圈Id之自感至少為2/zH以上為條件。 ^ ★此外，當將傳送電力之頻率中之空芯線圈ld單體的 等效串聯電阻設為RW(Q)、將使2個第25A圖所示之 空芯線圈Id相對向而將相對向之—方線圈予以短路時之 另一方線圈的等效串聯電阻設為Rs (Ω)時，若將滿足 Rs>Rw之最高頻率設為fl，則作為送電線圈之一方線圈 或另一方線圈係以未達fl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 方予以開放時之另一方線圈的等效串聯電阻設為Rn ( Ω ) 時，若將滿足Rs>Rn^Rw之最高頻率設為乜，則作為送 電線圈之一方線圈或另一方線圈係以未達乜的頻率fd予 以驅動。 此外’當將空芯線圈Id的熱電阻設為0 i (。〇 /w)、 將空芯線圈Id的容許動作溫度設為了’彳艺）、將設置空 怒線圈Id之場所的周圍溫度設為Ta(°C)、將傳送電力 時流通至空芯線圈Id的交流電流設為Ia (a)時，即滿足 RwS (Tw-Ta) / (的叫。 經密 '繞之空芯線圈所產生的磁通量密度由於在外周 54 319286D01 201012023 部附近較低，在内周部較高，因此將空芯線圈Id構成為將 外周部密繞、將内周部疏繞，藉此可儘可能將線圈面上的 磁通量密度形成為固定，而可減輕與空芯線圈Id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 周部磁通量密度較高，因此藉由設置空隙，可防止渦流損 失。空隙的作用效果係如前所述。 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>Rn^Rw之最高頻率f2亦較高，因 ❹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 力傳送裝置之線圈的裸單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 用絕緣被覆件13c覆蓋最大徑d2為0.3mm以下之裸單導 線14之集合體（即所謂乙稀基線)之導線11 c。裸早導線14 & 較佳為不要搓检。 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。 此外，當對複數條裸單導線14的集合體加大強捻間 距時，裸單導線14彼此相密接，而使第26圖的導體剖面 與第2B圖的單導線12相同，因此無法減低集膚效應或渦 流損失的影響。但是，參照使用1mm的單導線所形成的空 55 319286D01 201012023 芯線圈IE，如後所述使用裸單導線的集合體作為形成線圈 的導線，在導線間設置空隙而進行捲繞時，有時亦會有施 加適當搓捻者在高頻率的特性較佳的情形。實際上捲繞乙 烯基線而製成的線圈在大部分的情形下係至1MHz以上的 頻帶為止為滿足Rs>RngRw的關係。 以捲繞方法而言，可適用如第2A圖所示，使相鄰接 的導線11密接捲繞的方法，或者如第22A圖所示，在相 鄰接的導線11間設置空隙而進行捲繞的方法。任一方法均 可藉由捲繞成平板空芯單層螺旋狀而形成線圈。其中，當 密繞導線11c時，可在與相鄰接的導線之間設置由絕緣被 覆件13造成的空隙，且與第22A圖所示之實施形態相同 地，藉由設置空隙，而如第22B圖所示，藉由在相鄰接之 一方導線流通的電流而在導線附近產生的磁通量Φ變得不 會貫穿相鄰接的導線，而可抑制由於磁通量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，並且防止 因前述渦使流通於導線中的電流受到影響，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響。 上述實施形態的線圈由於等效串聯電阻Rw在寬頻率 範圍較低，滿足Rs>Rn2Rw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 實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，第27A圖係顯示俯視圖，第27B圖係放大 顯示沿著第27A圖之線4B-4B的剖面。第28A圖及第28B 56 319286D01 201012023 圖係使用在第27B圖所示線圏之導線的剖視圖。 - 本貫施形態係將以聚胺酯（Polyurethane )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15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

Ud (亦稱為李兹線（Litzwire))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10之剖面積的比率係藉由導線徑或導線 内邛之導體为割數等而決定，因此雖不能一概而論，但導 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。科線8係當將除了絕緣被覆件16 以外的導體i5的最大徑設為d4時，較佳為& ^ 〇 3随 乂下而且選擇絕緣被覆件的厚度α為（d4) /30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，描緣含有7條單導線8之最小圓， ©且與該圓内接的正六角形，若計算前述正六角形的面積及 7條線從d4之導體15的合計剖面積時，則導線剖面中之 絕緣體層的比率亦包含空氣層在内，約為11%。 如第27A圖所示，空芯線圈卜係將導線nd如第27b 圖所示予以多層密繞在由絕緣性樹脂形成的線圈架 "(bobbin) 7而構成。空怒線目&係構成為：當將線圈外 徑設為D時，線圈外徑D至少為李茲線Ud之最大徑汜 的25倍以上’而且導線lld的繞線數為8以上。並且，以 滿足空芯線圈1e之自感至少為2//Η以上為條件。 319286D01 57 201012023 此外胃將傳送電力之頻率中之空芯線圈le單體的等 效串聯電阻設為RW(Q)、將使2個第Μ圖所示之空 芯線圈le相對向而將相對向之一方線圈予以短路時之另 -方線_等效串聯電阻設為Rs(Q)時’若將滿足Rs >Rw之最高頻率設為fl ’則作為送電線圈之—方線圈或 另-方線圈係以未達Π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— 方予以開放時之另-方線圈的等效串聯電阻設為如⑻ 時，若將滿足Rs>RngRw之最高頻率設為β，則作為送 電線圈之一方線圈或另一方線圈係以未達Ω的頻率纪予 以驅動。 此外，當將空芯線圈le的熱電阻設為0丨（。〇/貿）、 將空芯線圈le的容許動作溫度設為了…彳它）、將設置空 芯線圈le之場所的周圍溫度設為丁&(。〇、將傳送電力 時流通至空芯線圈le的交流電流設為Ia(A)時即以记 滿足 RwS (Tw—Ta) / (la2x0i)。 第27A圖所示之實施形態雖將由第28B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，内周部中相鄰接的 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>Rn2Rw之最高頻率f2亦較高，因 319286D01 58 201012023 此電力傳送特性佳。此外，於本實施形態中，亦可將李茲 線搓捻數條而形成為1條捻線，並將數條前述捻線彙整搓 检而形成粗的電線。 在此參照空芯線圈1F、空芯線圈1G，就關於Rs>Rn 2Rw之規定的詳細作用效果加以說明。 李茲線係具有並聯連接用以構成李茲線之各漆包線 的自感La、Lb等之如第29圖所示之等效電路者。即使將 李茲線設置間隙而捲繞成平板單層螺旋狀，空芯線圈單體 ❹之等效串聯電阻Rw的頻率特性亦不太獲得改善，相反 地，由於空芯線圈單體的自感降低，李茲線係藉由各漆包 線間及導線間的互感，而使作為線圈而形成時之自感改變 者。亦即，依據搓捻方式或搓捻間距、繞線方式（密繞、 疏繞、多層繞線）、匝數、外形等的不同，而使作為線圈 形成時的特性改變。 第16圖所示之空芯線圈1F及第17圖所示之空芯線 q 圈1G所使用的導線均同為導體外徑為0.05mm、絕緣被覆 件的厚度為〇.〇5mm，利用捆束75條導線外徑為0.06mm 的漆包線而成的李茲線，空芯線圈IF係密繞30次成為外 徑70mm，空芯線圈1G係密繞20次成為外徑50mm。 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1F 中，形成Rs<Rn的點雖存在於780kHz以上，但在空芯線 圈1G中，至約2.1MHz為止均滿足Rs>RngRw的條件。 其原因並無法斷定是否與搓捻方式或搓捻間距有關，或者 59 319286D01 201012023 是否與匝數或外形、繞線方式有關。俱是’若至少測量線 圈之Rw、Rn、Rs的頻率特性，即 < 判斷該線圈疋否適用 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1.0MHz之各頻率中之空芯線 圈1B、空芯線圈if、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揭合係數ki者。該表 之各ki為標繪（pi〇t)在第10圖、第16圖、第17圖的 ki 〇 〔表1〕 線圈11 3 線圈IF 線圈1G 頻率 Lw (_ Ls ("H) ki Z Ls (_ ki Lw ("H) Ls (βΉ) 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 6426 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 14.07 420 0.838 319286D01 60 201012023 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次側線圈之電感設為Ln ( Η)時， 於第5圖、第6圖中成立Ll = Lw = Ln的關係，如第7圖 ® 所示，當將與1次側線圈相對向之2次侧線圈短路時之i 次侧的電感成分設為Ls(H)時，即成立Ls= (LI —a2L2) 的關係。與等效串聯電阻Rw或Rn並不相同，實際測量後 亦形成LI = Lw = Ln。關於LI、L2、A2係如前所述。 當在1次側與2次側使用同一線圈時，由於li == L2、

Rl == R2 ’因此成立Ls= ( Lw — A2Lw)的關係，若為5〇kHz 至100kHz以上，由於〇2L22/R22為50以上，因此視為 ❹ A s ki。因此形成 ki2 = ( Lw — Ls ) /Lw、ki = / ( ( lw —Ls) /Lw)，而近似求取轉合係數ki。如前所述，將如 上所示由電感之變化Lw、Ls所求出的耦合係數標記為ki。 若將標繪在第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11圖、第12圖 雖標繪有前述kr及前述ki，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 319286D01 61 201012023 個第17圖所示之空芯線圈1G時，由於至2.1MHz為止均 滿足Rs > Rng Rw、至10MHz為止均滿足Rs > Rw，因此 可利用高頻率、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Rs>Rn2Rw之最高頻率f2較高，若為高 頻率，Rn/Rw的值愈接近1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 Rw、Rn、Rs的關係、或者藉由將由Rw與Rs求出之麵合 係數kr的頻率特性與由Lw與Lw求出之耦合係數ki的頻 率特性相比較，可得知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。 因此，構成空芯線圈之李茲線的適當搓捻方式或搓捻 間距、繞線方式係當形成複數個線圈，且測量線圈的Rw、 Rn、Rs的頻率性，較佳為亦測量Lw、Ls的頻率特性，且 比較kr與ki的頻率特性時，可找到最適合的線圈。該手 法並非限定於李茲線，亦可適用於單銅線、乙烯基線、其 他後述之其他實施形態之電線，而可選擇適用於電力傳送 的線圈。亦即，藉由改變線材、線徑、尺寸、形狀、捲繞 方式等，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電力傳 送性能佳的線圈。 例如由於使用1mm的單導線且設置空隙捲繞而成的 62 319286D01 201012023 空芯線圈1E係至3.7MHz為止均滿足Rs>Rn2Rw、至 7·7ΜΗζ為止均滿足Rs>Rw，因此與空芯線圈1G相比， 關於Rs>RngRw的規定並沒有太大差異。但是，4MHz 中之空芯線圈1E單體的Rw為0.87Ω，空芯線圈1G單體 的Rw約為2Ω ; 10MHz中之空芯線圈1E單體的Rw為 2.9Ω，空芯線圈1G單體的Rw為17Ω，相較於空芯線圈 1G，空芯線圈1E的線圈單體之等效串聯電阻Rw的高頻 特性較佳。 ❹ 因此，藉由RwS (Tw—Ta) / (Ia2x0 i)的規定， 以單導線形成的空芯線圈IE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、RwS ( Tw — Ta) / ( Ia2x 0 i) 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 ❹果。 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。但是，如上所述，即使將外徑或内徑形成為相同，因 線徑、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、匝數等）不同時，線 圈的特性亦會不同。亦即，即使規定線材或捲繞方式等特 定構成，實際上所製成之線圈係具有各種構成，並未保證 63 319286D01 201012023 該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 具有作為電力傳送裝置之線圈之充分要件的線圈。現在， 如曰本專利特開平4-122007號公報所記載之可以有效電 力傳送效率80%來傳送20W之電力的電力傳送裝置到目 前為止亦尚未予以實施。 如本申請案所示，連線圈之特定構成以外的構成改變 時的特性變化均予以明確化，只要未規定線圈的運作條 件，即無法實現電力傳送性能佳的線圈及電力傳送性能佳 的電力傳送裝置。另一方面，本發明係於具有可感應耦合 之各種構成的線圈中，規定各線圈的運作條件，藉此可實 現電力傳送性能佳的電力傳送裝置。如上所示，本發明係 達成以習知技術並不可能實現之極為優異的效果。 第30圖、第31圖、第32圖、第33A圖至第33C圖 係顯示構成本發明之其他實施形態之電力傳送裝置之線圈 的導線的構造圖。 第30圖係在管狀導體17内充填絕緣材料18,當管内 為空洞時，防止管（pipe )彎折而變得無法進行彎曲加工。 其中，藉由管的材質或管的厚壁，使管本身具有可撓性時， 管内亦可為空洞。 第31圖係顯示在絕緣材料19上進行分割而形成導體 20者之一例。 第32圖係顯示在絕緣材料21上進行分割而形成導體 22，且在絕緣材料21的内部亦形成導體23者之一例。 64 319286D01 201012023 33A圖至第33C圖係將箔狀 第 導體與絕緣材料重疊， 刮面為螺旋狀，且以導體與絕緣體交替存在的方式形 線者。亦即’如第33A圖所示，將箔狀導體24及絕緣材 料25予以層疊，如第33B圖所示，將經層叠的箱狀導體 24及絕緣材料25進行捲繞，形成如第33C圖所示剖面為 螺旋狀的導線者。 第30圖至第32圖係在構成導線之單導線的周上雖具 有導體層，惟無論在前述導體層施加或未施加絕緣被覆 ❹件，只要適合前述實施形態’則可為任一者。 如上所述，第3〇圖至第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二加工 者0 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3〇圖至第32圖所示導線 ❹進行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増加。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 此可防止因集膚效應及渦流損失所造成之等效串聯電阻 Rw增加。 第28A圖、第30圖至第32圖的實施形態僅係將構成 導線的導體進行分割’而在導線内部設置絕緣層之一例， 319286D01 65 201012023 當然亦存在其他實施形態，自不待言。 上述之各線圈不僅作為1次侧線圈及2次側線圈為可 分離之電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。 上述各實施形態所示之空芯線圈並不需要將各實施 形態使用同一空芯線圈作為1次侧線圈、2次側線圈，即 使為例如第2A圖之實施形態所示之空芯線圈la，亦可使 用匝數或外形不同的空芯線圈作為1次側線圈、2次侧線 圈，或者亦可將第2A圖之實施形態的空芯線圈la及第22A 圖之實施形態的空芯線圈lc加以組合。藉由形成如前所述 的構成，可任意設定繞組比。接著，可實現可升壓、降壓 之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，只要 媒認是否滿足Rs > Rw、Rs > Rn 2 Rw的關係即可。藉由在 1次侧、2次側的各線圈觀察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。 或者，亦可製作不同的數種線圈，而於各線圈中，使 同一線圈相對向而量測Rw、Rn、Rs的頻率特性之後，將 特性佳的線圈組合使用。在組合後，若於1次侧線圈、2 次侧線圈中，量測Rw、Rn、Rs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//H。曰本 專利特開平8-148360號公報所記載之線圈係5次之匝數， 1MHz中之前述線圈的Lw為0.79 # Η，Ls為0.45 # Η，由 66 319286D01 201012023 ^ Lw、Ls近似計算所得之耦合德數ki為0.66。此外’前述 線圈滿足Rs ：> Rw的最高頻率打為8〇〇kHz。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的Lw約 為2.1/zH，Ls約為0.7/zH，近似計算所得之耦合係數ki 約為0.83。 〇 將日本專利特開平8-148360號公報所記载之導線捲 繞8次所得之線圈如前所述，實際上除了等效串聯電阻過 小以外，Rw的頻率特性亦差，而且在可確保充分電抗的 高頻率區域未滿足rs>rw。因此，雖然若未選擇導線、 適當搓捻方式及繞線方式即無法使用’但是可墟 〃之 怖在高頻 率區域所使用的最低電感與耦合係數，因此由上述之 結果規定最低限度8次的捲繞數，並且規定2"u ^娜 感的最低值。 2贿作為電 接著’如前所述，日本專利特開平8_1483 5己載之導線的直徑為1.5mm，在捲繞5次所得之 外周部再將前述導線捲繞3次’將匝數設為8次時圈的最 直妥丨丨牡叫τ 匕’在使用日太 專利特開平8-148360號公報所記載之導線 本 中’為了確保電感的最低值2AΗ與耦合係數 ^線圈 D與線徑d3的比為39/1.5 = 26,線圈外徑^^必 外徑 d3的至少25倍。 ’、須為線徑 但是’如前所述，所謂「D必須為d3的至少 之特定構成係有可能因改變如線材或匝數等其5倍」 素’而變得無法確保電感之最低值2#H與耦合係:成, 319286D01 67 201012023 如，考慮將線材I徑變細 1 因此，為了確保電感，^ 在線間权置空隙的情形等。 上的繞線數。在以確二:：^H，有可能必須有8次以 使用線材的捲繞數，I m最低值的方式選擇所 量測Rw、Rn、rs &彳以單義特定構成的線圈中，進行 汉s的頻率特性。袖 圈意指實際上作為線圈所製成者^不^特定構成的線 交流電源的頻率&，其者自不待言。因此，規定 所求得的特性而導出的前述線線圈所製成者

他構ί=8=:僅規定例如特定構成，而使其 其他計媒士心藉在實質上具有無限構成。相較於以 ^ ^ 定為要旨的發明’並未證明已規錢定構 、，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。

藉由本發明，以確保上述電感的最低值2/ζΗ及搞 口糸數的方式規定構成，可由滿足該⑽性條件的線圈之 中選出適用於電力傳送的線圈。如上所示，本發明與習知 技術並不相同’係顯示在各種實施形態中之實測特性的資 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不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 有各種構成之電力傳送裝置之線圈之性能佳的電力傳送裝 319286D01 68 201012023 置。以僅規定線圈之特定構成的習知技 現該極優效果。 ’1言，並不可實 此外’ 一方線圈滿足Rs > Rw的最古 500kHz以上為佳。使用同一線圈，以可確:頻率fl係以 用滿足Rs>Rw的最高頻率£1較高的線圈'。、電抗的頻率使 250kHz進行驅動，藉此可確認出可確保電力例如，以未達 者，一方線圈滿足Rs>Rn^Rw的最高頻^性能。或 以上為更佳。 Q為500kHz Ο Ο 第34圖、第35圖係顯示使負載電阻汉乙 _ 力因數與頻率的關係圖。此外，在第9圖係圖示電 使用線圈认時之有效電力傳送效率與頻率的 關係。在第13圖中係圖示在送電線圈使用線圈！ ^ Γ任圈-7hif時之有效電力傳送效率與_率= 係任*均為負載電阻RL=·時之頻率特性 數係量測1次側阻抗而求出相位角”由c〇”進行吁算。 C〇S60度"〇.5。在少<60度的頻率區域中，電力因^係二％ 以上。 、 由第34圖、第35圖可知’當負載電阻值較低時電 力因數為最高的頻率會較低。當負載電阻值較高時電力 因數為最高的頻率會較高。此外，當負載電阻值較低時， 電力因數的極大值會較大。當負載電阻值較高時，電力因 數的極大值會較小。若為一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乜。 在第34圖中，當使用2個空芯線圈1A時，於未達滿 69 319286D01 201012023 足Rs>Rw之最高頻率fl = 67kHz中，滿足電力因數50% 以上的負載電阻值為10 Ω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1F時， 於未達滿足Rs>Rw之最高頻率fl = 110kHz中，滿足電力 因數50%以上的負載電阻值係至50Ω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。 即使觀察第9圖及第13圖的電力傳送效率及頻率的 關係，亦可得知fl會上升，並且電力傳送性能會提升。尤 其當頻率為fl以上時，電力傳送效率？？會極端惡化。因此 可得知藉由使線圈1F與線圈1A相對向，可改善電力傳送 性能。 在已記載藉由日本專利特開平8-148360號公報等習 知技術之線圈的特定構成之一例的電力傳送裝置中，係僅 記載在特定頻率100kHz的實施例。接著係已載明頻率並 非限定為100kHz。然而，如上所述，因頻率的不同，電力 因數與線圈的等效串聯電阻Rw會產生變化。若在負載電 阻RL的最小值Rm中之電力因數最大點未設定頻率，會 因無效電力而發生因等效串聯電阻Rw所造成的電力損 失。如前所述，量測Rw、Rs、Rn的頻率特性來求取f 1 及f2。電力因數為最高的頻率f>較佳為小於fl。然而， 當負載電阻值RL變大時，線圈之等效串聯電阻Rw與前 述RL的比Rw/RL會變小。因此，因Rw所造成的電力 損失與負載電力相比係相對變小。因此，即使在負載電阻 70 319286D01 201012023 ，值較大的情形下’電力因數雖會變小’但是可以未達fl的 頻率進行電力傳送。 以下說明第9圖、第13圖中之有效電力傳送效率7? 的頻率特性。將1〇Ω的無感應負載電阻連接於受電線圈， 在I電侧篁測阻抗。藉由量測阻抗而在送電側求取相位角 Ψ並進行計算在各頻率的電力因數 cos φ。進行設定施 加至送電線圈的電壓V，俾使在送電線圈流通0.2Α的定電 加 Ia。送電侧的有效電力Pr係形成pr=cospxVxla而求 取。2次側的有效電力Ps係求取10Ω之無感應負載電阻之 兩端電壓的有效值Ve，形成ps==ve2/10而求出。各頻率 中之有效電力傳送效率7?係形成7? ==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生 變動的日本專利特開平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由於電壓VS =5V、電流 ❹Is==〇.5A、電力2.5W左右為下限，因此負載電阻值RL的 最小值為10Ω左右。在必須具備i〇w以上之電力的電性 機器中’係將電壓Vs加高，將電流Is減少。即使實際的 電路電壓為5V左右，亦大部分係使用降壓式的PWM(pulse widthmodulaton ;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15V、2A的 電源。此時的負载電阻值RL的最小值為15/2 = 7.5Ω左 右。更加提高電壓Vs、減少電流Is，而形成為30V、1A 左右時，負載電阻值RL的最小值為30/1 = 30 Ω左右。以 71 319286D01 201012023 大致上的目標而言’負載電阻RL的最小值為2Ω至50 Ω 左右。因此’為了將因線圈的等效串聯電阻所造成的電力 損失抑制在受電電力的20%左右以下，若將負載電阻RL 的最小值設為Rm，則受電線圈之等效串聯電阻Rw係必須 滿足Rwx5SRm。亦即，於交流電源之輸出頻率fa中，受 電線圈的Rw係以0.4Ω至10Ω以下為宜。 根據實際測量，送電線圈侧的電阻成分在前述之實施 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Rm時，送電線圈、受電 線圈的等效串聯電阻RW均以.0.4Q至10Ω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 出Rs、Rn。於fl中，等效串聯電阻^係以〇扣至1〇 Ω以下為宜。因此，在實際上使用線圈的頻率中，Rs、Rn 均以10Ω以下為宜。 如第2圖所示，雖已於前述，惟實際上進行電力傳送 時，會發生流至送電線圈及受電線圈之電流所產生的磁通 量貫穿另一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IU、R2的值並不日月。因此，上述之實際的等效 串聯電阻Rw係依據受電侧機器的使用條件而決定，俾使 與 Rwg (Tw—Ta) / (Ia2x0i)的規定相同。 其中’有時以遮蔽磁通量為目的，而使磁性材板或金 屬板接近空芯線圈。如上所述的情形下，一般磁性材板或 金屬板的接近會使空芯線圈的電力傳送性能劣化。例如 319286D01 72 201012023

.21 mA圖的實_態、或第28α圖的導線 繞成千板空芯單層螺旋狀之_之相對向面的相反侧設 有磁性材料板或金屬板的情形等。或者，於第27Α圖之實 =態中’在線圈架（bobbin)狀的内健洞内配備磁導 =較低的磁性材料，或者在空魏備圓筒狀金屬環的情形 =外於第22A圖之實施形態中，將具有線圈外徑D ο =五为之-程度以下的寬度的金屬板形成為2個十字而將 線圈固定在絕緣材的情形等。 :使在如上所述之情形等下，亦會有在某頻率範圍内 :足RS>Rw《Rs w之條件的情形，但以該等構 # I屬板等並非左右本發明之空芯線圈本體之 性月b者，線圈實質上係視為空芯。 ❹ ▲本發明之實施形態之空芯線圈的電力傳送性能較 =’=_所產生的磁場強度較高。因此，例如日本專利 =千:i _97263號公報之段落編號_之記載所示，為 磁％遮蔽機器之電子構件，當在線圈之相對向面的相 ^則配備磁性材或金屬板等時，其目的並非在改善空讀 圈之電力傳送性能，而僅在於作為磁氣遮蔽材而予以配備。 根撼^所不之情形並非為由1個構成所成的發明’而是 根據該發明，而以其他作 發明之音尬#站 用效果為目的者。亦即，非以本 而术〜之H線圈的特性或性能的改善為目的， 材料或金屬材料接近本發明之實施形態_之空怒 圏之2 ’空芯線圈之電力傳送性能本身並非為與空怒線 圏之構成或作用效果不同者，線圈係視為空芯，且包含在 319286D01 73 201012023 本發明之範圍内。例如即使提高電感，若增加等效串聯電 阻Rw並不能改善性能，上述之本發明之實施形態之空芯 線圈的特性之中，若1個發生劣化，即不能改善。 其中，在本發明之實施形態中，形成導線之導體的材 質並未特別限定，但在本實施形態中所述的各空芯線圈係 在前述導體均使用銅。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 體。 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、10MHz 的各點進行量測，因此，例如當在4MHz滿足Rs > Rw， 在1 ΟΜΗζ不滿足Rs > Rw時，藉由插值（interpolation )， 來推定滿足Rs> Rw的最高頻率fl。 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 傳送性能比習知技術更為提升。 接著，將當與一方線圈相對向的另一方線圈予以開放 時之一方線圈的等效串聯電阻設為Rn( Ω )，而觀察Rw、 74 319286D01 201012023

Rn Rs的頻率特性，藉此可選擇並實現在寬頻_範圍下等 =串聯電阻^較低、Q較高、電力傳送性能較佳的線圏， 田連接負載電阻的2次侧線圈與1次側線圈相對向時之1 次侧線圈兩侧之電抗X與純電阻R的比X/R以及施加至 線圈之交流電塵與交流電流之相位差少變得極小、電力因 數COS 0變得極大，而且在等效串聯電阻Rw較小的頻率附 近使用線圈’藉此可獲得占積率（space factor )佳、具有 較高電力傳送性能、以高頻率亦可使用的電力傳送裝置之 ❹空芯線圈。結果，由於可降低電力傳送時的無效電力、視 在電力，因此亦可減低因線圈的等效串聯電阻所造成的電 力損失。 此外’藉由規定一方線圈單體之等效串聯電阻Rw( Ω ) 與流至一方線圈之電流la (A)的熱條件，可規定一方線 圈之電流值la的上限、或決定一方線圈之等效串聯電阻之 區數的上限、或等效串聯電阻rw較小的頻率區域。 ❹ 此外，當使用0.3mm以下之裸單導線的集合鱧時，係 藉由抑制因集膚效應及渦流損失造成線圈的等效串聯電阻 增加’來提升電力傳送性能。 此外，在構成線圈之導線内部設置絕緣體，藉由減小 存在於貫穿導線中之磁通量路徑的導體體積，可抑制因集 膚效應及渦流損失造成等效串聯電阻增加。絕緣材料係在 導線内部設置絕緣層，並且可使導線具可撓性，而容易進 行導線的彎曲加工。 或者，藉由量測Rw、Rs、Rn的頻率特性，町規定最 75 319286D01 201012023 適合於電力傳送的頻率範圍，或者即使實際上不進行電力 傳送試驗，亦可預測電力傳送的性能。 藉由使用如上所示的線圈，可以高頻率傳送大電力。 亦即，在使用未配備磁性材料之空芯線圈時，即使在耦合 係數為0.9左右以下的疏耦合狀態，亦可確保電力傳送性 能。具體而言，電力因數為例如75%以上，可將有效電力 傳送效率提高至例如85%以上，且可以前述效率將例如 25W以上的電力傳送至與2次侧相連接之10Ω的無感應負 載電阻。 接著，將該實施形態的線圈配備在送電部或受電部之 至少一方，將送電部之交流電源Va的輸出頻率fa設定在 未達前述Π、f2的頻率而傳送電力，藉此可實現如上所述 之性能優於習知技術的電力傳送裝置、電力傳送裝置之送 電裝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 至少一方，以未達前述fl的頻率區域來驅動送電線圈，藉 此獲得電力傳送性能佳的電力傳送裝置的運作方法，藉由 求取前述fl、f2，於具有各種構成之電力傳送裝置的線圈 中，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態， 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] 76 319286D01 201012023 ‘ 本發明之電力傳送裝置、電力傳送裝置之送電裝置及 受電裝置、以及電力傳送裝置之運作方法係無須使用電線 或機械式接點，即可利用在由送電部傳送受電部所需的電 力至受電部。 【圖式簡單說明】 第1圖係本發明之一實施形態之電力傳送装置之方塊 圖。 ❹ 第2A圖係顯示作為第1圖所示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。 第3A圖係顯示第2A圖所示之線圈之外形形狀之變形 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 ❹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圖係顯示第2A圖所示之線圈之外形形狀之變形 例之圖。 一 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36圖所 319286D01 77 201012023 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lmm的單導線以外徑兀瓜爪密繞 成25 的：4線圈1A的Rw、Rn、Rs及負載電阻值rl = 1〇Ω時的有效電力傳送效率與頻率的關係之圖。 第1〇圖係顯示將線徑〇.6mm的單導線以外徑7〇mm Ο 密繞成40阻的空芯線圈1B的Rw、Rn、Rs、kr、ki與頻 率的關係之圖。 第11圖係顯示將線徑〇.3mm的單導線以直徑70mm 毯、繞成70阻的空芯線圈1 c的Rw、Rn、Rs、空芯線圈1C 單體的相位角與頻率的關係之圖。 第12圖係顯示將線徑〇 3min的單導線以直徑3〇mm 密繞成31匝的空芯線圈1D的Rw、Rn、Rs與頻率的關係 之圖。 ❹ 第13圖係顯示使空芯線圈ip與在第9圖中作為比較 例所列舉的空芯線圈」A相對向時之

Rw、Rn、Rs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imm的單導線以外徑7〇nmi設 置空隙而捲繞成14匝的空芯線圈ιέ的RW、Rn、Rs、kr 與頻率的關係之圖。 78 319286D01 201012023 第15圖係顯示將0.2mm、0.4mm、0.8mm、1 mm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16圖係顯示將捆束75條銅線徑0.05mm的漆包單 導線之李茲線以外徑70mm密繞成30匝的空芯線圈1F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0.05mm的漆包單 導線的李茲線以外徑50mm密繞成20匝的空芯線圈1G的 © Rw、Rn、Rs、kr、ki與頻率的關係之圖。 第18A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伞型之空芯線圈的剖視 圖。 q 第20A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20B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21圖係將導線捲繞在絕緣材上之空芯線圈的剖視 圖。 第22A圖係顯示本發明之其他實施形態之電力傳送裝 置之空芯線圈之圖。 第22B圖係沿著第22A圖之線2B-2B的剖視圖。 79 319286D01 201012023 第23圖係將第9圖所示密繞的空芯線圈ΙΑ、及第14 圖所示之疏繞的空芯線圈1Ε的線圈等效串聯電阻Rw增加 的狀態進行比較所顯示之圖。 第24圖係顯示將線徑0.4mm的漆包線設置成0、 0.2mm、0.4mm的空隙寬度且捲繞成25匝的各空芯線圈的 Rw與頻率的關係之圖。 第25A圖係顯示本發明之另一實施形態中之電力傳送 裝置之空芯線圈之圖。 第25B圖係沿著第25A圖之線3B-3B的剖視圖。 第26圖係顯示用在本發明之另一實施形態中之電力 傳送裝置之空芯線圈之導線之一例的裸單銅線之集合體的 剖視圖。 第27A圖係顯示本發明之另一實施形態中之電力傳送 裝置之空芯線圈之圖。 第27B圖係沿著第27A圖之線4B-4B的剖視圖。 第28A圖係用在第27A圖所示空芯線圈之作為導線的 李茲線之剖面之一例之圖。 第28B圖係第28A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填有絕緣材料之導體的剖 視圖。 第31圖係在絕緣材料上進行分割而形成導體之導線 的剖視圖。 第32圖係在絕緣材料上進行分割而形成導體，且在 80 319286D01 201012023 絕緣體内部亦形成導體之導線立 第33A.圖係將箱狀導體與絕 的剖 視圖 第33Β 剖視圖。 狀，且以導體與絕緣體交替存在、Μ'重疊，剖面為螺旋 | 〇 ❸方心㈣成之導線 圖係將箱狀導體與絕 緣材枓重疊捲繞之導線的 第33C圖係將/白狀導體與絕緣材料重疊 成螺旋狀之導線的剖視圖。 、繞d面开v ❹ 第34圖係顯示將空芯線圈1Α m A ^ ^ Μ r, 在送電線圈、受電線 圈’而使負載電阻值RL改變時之各電阻值與電力因數< 頻率特性的實際測量圖。 第35圖係顯示將空树圈1A用在送電線圈，將空芯 線圈1F用在受電線圈，而使負載電阻值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36圖係1次側線圈與2次侧線圈為可分離之電力 Q 傳送裝置的概略方塊圖。 第37A圖係送電線圈或受電線圈的俯視圖。 第37B圖係沿著第37A圖之線6B-6B的剖視圖。 第38圖係第36圖所示之丨次側線圈與2次侧線圈為 可分離之電力傳送裝置的等效電路圖。 【主要元件符號說明】 1 送電用線圈（送電線圈） la、lb、1c、Id、le、1A、1B、lc、m、1F 空芯線圈 lx、20、22、23 導體 319286D01 81 201012023 2 受電用線圈（受電線圈） 3 送電控制電路 4 受電控制電路 5 絕緣材 6 絕緣性樹脂 8 單導線 11、 11a、lib、11c、lid 導線 12、 12a、12b、15 單導線 13、 13a、13b、13c、16 絕緣被覆件 ❿ 14 裸單導線 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 30a 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 82 319286D01 201012023 D， 線圈的最小外尺寸 D1 繞組寬度 D2 繞組内徑 11 流至1次側線圈的電流 12 流至2次側線圈的電流 LI 1次側線圈的電感 L2 2次側線圈的電感 La、Lb 漆包線的自感 〇 Ln 1次側線圈的電感 Ls 空怒線圈la的電感 Lw 空芯線圈la單體的電感 M 1次侧線圈及2次侧線圈間的互感 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 ❹RL 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-方線_最相部巾相鄰接之各導線 t2 導體間所設置之空隙寬度 =一方線_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 S3 319286D01 201012023 v 交流電源 VI 1次侧線圈的兩端電壓 V2 2次側線圈的兩端電壓

Va 交流電源

Vd 直流電源 Z 1次側線圈的阻抗 Z1 1次側之輸入阻抗 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 84 319286D01

Claims (1)

1. 201012023 七、申請專利範圍： 1· 一種電力傳送用線圈’係在使分別捲繞導體而形成的2 個相同線圈相對向時可感應耦合之構成者； 前述2個線圈中之一方線圈係作為將電力從送電部 傳送至受電部之電力傳送裝置中的前述送電部的送電 線圈而使用，前述2個線圈中之另一方線圈係作為前述 受電部的受電線圈而使用； 當將前述送電線圈及前述受電線圈的至少任一方 ❹ 線圈的等政串聯電阻設為Rw ( Ω )、 將使前述送電線圈及前述受電線圈的至少任一方 線圈與兩端短路之前述送電線圈及前述受電線圈的至 少任另一方線圈相對向時之前述送電線圈及前述受電 線圈的至少任一方線圈的等效串聯電阻設為RS(Q)、 將前述送電線圈及前述受電線圈的至少任一方線 圈滿足Rs>Rw之最高頻率設為fl (Hz)時， ❹ 以使前述fl成為67kHz以上的方式來選擇。 2. 如申請專利範圍第1項之電力傳送用線圈，其中，將使 前述送電線圈及前述受電線圈的至少任一方線圈與兩 端開放之前述送電線圈及前述受電線圈的至少任另一 方線圈相對向時之前述送電線圈及前述受電線圈的至 少任一方線圈的等效串聯電阻設為Rn(D)、 將滿足Rs>Rn2Rw的最高頻率設為f2 (Hz)時， 以使前述f2成為25kHz以上的方式來選擇。 3. 如申請專利範圍第1項之電力傳送用線圈，其中，前述 319286D01 85 201012023 導體係單導線； 藉由在前述導體的外周部施加絕緣被覆之方式及 在相鄰接的前述導體層間設置絕緣層之方式中任一方 式而防止相鄰接的導體的短路； 該導體係單層捲繞或多層捲繞。 4.如申請專利範圍第1項之電力傳送用線圈，其中，前述 導體係由複數條裸單導線的集合體構成； 藉由在前述導體的外周部施加絕緣被覆之方式及 在相鄰接的前述導體層間設置絕緣層之方式中任一方❹ 式而防止相鄰接的導體的短路； 該導體係單層捲繞或多層捲繞。 •如申請專利範圍第1項之電力傳送用線圈，其中，前述 導體係為在前述導體内部具有絕緣體層之導體； 藉由在前述導體的外周部施加絕緣被覆之方式及 在相鄰接的前述導體層間設置絕緣層之方式中任一方 式而防止相鄰接的前述導體的短路；

   該導體係單層捲繞或多層捲繞。 6. 如申請專利範圍第5項之電力傳送用線圈，其中，前述 導體係由分別施加有絕緣被覆的複數條單導線（singie wire)的集合體所構成。 如申請專利範圍第1項之電力傳送用線圈，其中，前主 2個線圈中至少任一方係將導體捲繞成平面單層螺 而構成； 9 當前述導體的最大徑d為〇.4mm以上時，在相鄰接 319286D01 86 7. 201012023 . 的導體之導體間設置0· 2mm以上的空隙； - 當前述導線的最大徑d為未達〇.4ππη時，在相鄰接 的導線< 導體間設置d/2 ( mm)以上的空隙。 8·如申請專利範圍第1項之電力傳送用線圈，其中，前述 2個線圈中至少任—方係將導體捲繞成平面單層螺旋狀 而構成； 當將前述2個線圈中至少任一方的最外周部的相鄰 ❹ 接之導體的外周部間所設置之空隙的寬度設為tl、 將前述2個線圈中至少任一方的最内周部的相鄰接 之導體的外周部間所設置之空隙的寬度設為t2時， t2>tl>〇，且以空隙的寬度隨著由最外周部朝内 周部增加的方式捲繞。 9.如申請專利範圍第1項之電力傳送用線圈，其中，前述 2個線圈中至少任一方係形成且固定在絕緣板上或絕緣 構件内的至少一方。 ❹ίο.如申請專利範圍第1項之電力傳送用線圈，其中，在前 述2個線圈中至少任一方線圈係附加有磁性材、金屬材 中之至少一方。 u.如申請專利範圍第10項之電力傳送用線圈，其中，前 述2個線圈中至少任一方線圈係將導體捲繞成平面單 層或多層螺旋狀而構成； 前述磁性材或前述金屬材之至少一方係為板狀。 H 一種變量器，係於一次線圈或二次線圈的至少任一方使 用中請專利範圍第1項之電力傳送用線圈。 319286D01 87 201012023 13. 如申請專利範圍第12項之變量器，其中，前述一次線 圈與前述二次線圈係被固定。 14. 一種電氣/電子機器，係含有送電部或受電部，且在前 述送電部或前述受電部的至少一方含有申請專利範圍 第1至6項中任一項之電力傳送用線圈。 88 319286D01