WO2011030539A1

WO2011030539A1 - 電磁誘導コイルユニットおよび電磁誘導装置

Info

Publication number: WO2011030539A1
Application number: PCT/JP2010/005494
Authority: WO
Inventors: 宮下　功寛; 藤田　篤志
Original assignee: パナソニック株式会社
Priority date: 2009-09-11
Filing date: 2010-09-08
Publication date: 2011-03-17
Also published as: CN102483981A; JPWO2011030539A1; US20120154101A1; EP2477197A1

Abstract

　コイル損失を低減し、高い電力伝送効率を実現して、製造コストが低減された電磁誘導コイルユニットおよび電磁誘導装置を提供するために、螺旋状の導体で形成されたコイル（１０１）と、螺旋状の磁性体で形成され、コイル（１０１）の螺旋状の導体の少なくとも一部を挟むように配置された隔壁磁性体（１０２）と、を備えている。

Description

電磁誘導コイルユニットおよび電磁誘導装置

　本発明は、電磁誘導の原理を利用する電磁誘導装置に関し、特に、例えば一般家庭、レストランおよび工場などで使用される誘導加熱装置、無線タグ、および非接触型充電装置などに用いられる電磁誘導コイルユニットに関するものである。

　近年、誘導加熱調理器に代表される誘導加熱装置が一般家庭に普及している。従来の誘導加熱調理器に用いられている加熱コイルは、表皮効果を軽減し、加熱コイルの損失を抑えるため、細い銅線を数十本程度撚りあわせたリッツワイヤで構成することが一般的に行われていた（例えば、特許文献１参照）。また、リッツワイヤを用いない簡易で低コストであるコイル構成としては、金属板を打抜くことにより製作できる平板コイルを用いた構成が検討されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平９－２４５９４９号公報特開２００２－７５６１３号公報

　しかしながら、上記のように従来の誘導加熱調理器において加熱コイルがリッツワイヤで構成されている場合には、細いエナメル線を撚りあわせて製造するため、製造コストが高くなるという課題があった。また、平板コイルの場合には、製造が容易であり低コストであるが、リッツワイヤで構成された場合に比べるとコイル損失が大きいため、加熱コイルの発熱が大きくなり、効率が低下するという性能面での課題があった。したがって、誘導加熱調理器においては、平板コイルを加熱コイルとして使用することは実用化されていなかった。

　本発明は、前記の従来の電磁誘導装置における課題に鑑み、電磁誘導の原理を利用した電磁誘導装置に用いられる電磁誘導コイルにおいて、コイル損失を低減し、高い電力伝送効率を実現して、製造コストを低減することができる信頼性の高い電磁誘導コイルユニットを提供するとともに、この電磁誘導コイルユニットを用いて効率高く電力伝送することができ、製造コストが低減された電磁誘導装置を提供することを目的とする。

　本発明は従来の電磁誘導装置における課題を解決して前記の目的を達成するために以下の構成を有する。
　本発明に係る第１の態様の電磁誘導コイルユニットは、螺旋状の導体で形成されたコイルと、螺旋状の磁性体で形成され、前記コイルの螺旋状の導体の少なくとも一部を挟むように配置された隔壁磁性体と、を備えている。このように構成された本発明に係る第１の態様の電磁誘導コイルユニットは、コイル損失が低減され、高い電力伝送効率を実現することができる。

　本発明に係る第２の態様の電磁誘導コイルユニットにおいては、前記の第１の態様における前記隔壁磁性体を前記コイルの中心軸側端部から所定長さの導体を挟むように配置してもよい。このように構成された本発明に係る第２の態様の電磁誘導コイルユニットは、コイル損失が低減され、高い電力伝送効率を実現することができる。

　本発明に係る第３の態様の電磁誘導コイルユニットは、前記の第１または第２の態様において、前記コイルを保持する誘電体が設けられている。このように構成された本発明に係る第３の態様の電磁誘導コイルユニットは、製造が容易となり、信頼性の高い電磁誘導コイルユニットを提供することができるとともに、電磁誘導装置に対するアセンブリを容易なものとする。

　本発明に係る第４の態様の電磁誘導コイルユニットにおいては、前記の第１または第２の態様における前記コイルの外周を覆うように配置された外周隔壁磁性体を更に備えた構成としてもよい。このように構成された本発明に係る第４の態様の電磁誘導コイルユニットは、外部への磁界の漏洩が防止され、信頼性の高い電磁誘導コイルユニットを提供することができる。

　本発明に係る第５の態様の電磁誘導コイルユニットにおいて、前記の第１または第２の態様における前記隔壁磁性体は、比透磁率が５以上１０００以下の磁性体で構成することが好ましい。このように構成された本発明に係る第５の態様の電磁誘導コイルユニットは、近接効果によるコイル抵抗値の増大を確実に抑制し、高い電力伝送効率を実現することができる。

　本発明に係る第６の態様の電磁誘導コイルユニットにおいては、前記の第２の態様における前記隔壁磁性体を、前記コイルの中心側端部から前記コイルの全巻き数の２５％から７５％までの導体を挟むように配置してもよい。このように構成された本発明に係る第６の態様の電磁誘導コイルユニットは、近接効果によるコイル抵抗値の増大を抑制し、高い電力伝送効率を実現することができる。

　本発明に係る第７の態様の電磁誘導コイルユニットは、前記の第１または第２の態様において、前記コイルの中心軸方向における前記隔壁磁性体の寸法が、前記コイルの中心軸方向の寸法より大きく、前記隔壁磁性体における前記中心軸方向で対向する面から１．５ｍｍ以上内側に前記コイルにおける前記中心軸方向で対向する面を配置する構成とすることが好ましい。このように構成された本発明に係る第７の態様の電磁誘導コイルユニットは、近接効果によるコイル抵抗値の増大を確実に抑制し、高い電力伝送効率を実現することができる。

　本発明に係る第８の態様の電磁誘導コイルユニットは、前記の第１または第２の態様における前記隔壁磁性体が、前記コイルの中心軸方向に貫通する空隙を持つ多重構造としてもよい。このように構成された本発明に係る第８の態様の電磁誘導コイルユニットは、隔壁磁性体による磁気シールド効果を増大させることができる。

　本発明に係る第９の態様の電磁誘導コイルユニットは、前記の第１または第２の態様における前記コイルが、前記コイルの中心軸方向に積層された多層構造としてもよい。このように構成された本発明に係る第９の態様の電磁誘導コイルユニットは、高出力を有するとともに、高い電力伝送効率を実現することができる。

　本発明に係る第１０の態様の電磁誘導コイルユニットは、前記の第１または第２の態様において、前記コイルに誘電体を付加して並列容量を有する構成としてもよい。このように構成された本発明に係る第１０の態様の電磁誘導コイルユニットは、当該電磁誘導コイルユニットに接続されたリード線の損失の影響を防ぐことができる。

　本発明に係る第１１の態様の電磁誘導コイルユニットは、前記の第１または第２の態様において、前記コイルの両端に並列容量を接続した構成としてもよい。このように構成された本発明に係る第１１の態様の電磁誘導コイルユニットは、当該電磁誘導コイルユニットに接続されたリード線の損失の影響を防ぐことができる。

　本発明に係る第１２の態様の電磁誘導装置は、前記の第１乃至第１１の態様における電磁誘導コイルユニットと、前記電磁誘導コイルユニットのコイルに高周波電力を供給するインバータ回路と、前記コイルと前記インバータ回路との間の整合をとる整合回路と、を具備する。このように構成された本発明に係る第１２の態様の電磁誘導装置は、電力伝送効率が高く製造コストが低減された装置となる。

　本発明によれば、コイル損失が低減され、高い電力伝送効率が実現されて、製造コストが低減された信頼性の高い電磁誘導コイルユニットを提供することができるとともに、電力伝送効率が高く製造コストが低減された電磁誘導装置を提供することができる。

本発明に係る実施の形態１の電磁誘導装置の概略構成を示す図本発明に係る実施の形態１の誘導加熱装置に用いられている電磁誘導コイルユニットの構成を示す斜視図本発明に係る実施の形態１の誘導加熱装置に用いられている電磁誘導コイルユニットの構成を示す平面図本発明に係る実施の形態１の誘導加熱装置に用いられている電磁誘導コイルユニットの断面図本発明に係る実施の形態１の誘導加熱装置における、隔壁磁性体の比透磁率、コイルの抵抗値［ｍΩ］、および電力伝送効率［％］の関係を示すグラフ本発明に係る実施の形態１の誘導加熱装置における、隔壁磁性体の中心からの巻き数、コイルの抵抗値［ｍΩ］、および電力伝送効率［％」の関係を示すグラフ本発明に係る実施の形態１の誘導加熱装置における、コイルと被加熱物の距離［ｍｍ］、コイルの抵抗値［ｍΩ］、および電力伝送効率［％］の関係を示すグラフ本発明に係る実施の形態１の誘導加熱装置における電磁誘導コイルユニットのコイルに接続される整合回路の構成の一例を示す回路図本発明に係る実施の形態１における整合回路の別の構成例を示す回路図本発明に係る実施の形態１における整合回路の別の構成を示す回路図本発明に係る実施の形態２の電磁誘導装置における電磁誘導コイルユニットの構成を示す断面図本発明の電磁誘導コイルユニットを有する非接触型充電装置が装備された車両などを示す図

　以下、本発明の電磁誘導コイルユニットに係る実施の形態として電磁誘導コイルユニットを加熱コイルとして誘導加熱装置に用いた例について、添付の図面を参照しながら説明する。なお、本発明の電磁誘導コイルユニットは、以下の実施の形態に記載した誘導加熱装置の加熱コイルとして用いた構成に限定されるものではなく、以下の実施の形態において説明する技術的思想と同等の技術的思想及び当技術分野における技術常識に基づいて構成される電磁誘導装置の電磁誘導コイルユニットとして用いられるものである。

　（実施の形態１）
　図１は本発明の電磁誘導コイルユニットを用いた実施の形態１の電磁誘導装置としての誘導加熱装置の概略構成を示す図である。図１において、実施の形態１の誘導加熱装置は、被加熱物１０５を載置するトッププレート１０４と、トッププレート１０４における加熱領域の直下に配置された加熱コイルとしての電磁誘導コイルユニット１００と、電磁誘導コイルユニット１００に高周波電力を供給するインバータ回路１０７と、電磁誘導コイルユニット１００とインバータ回路１０７とのインピーダンスを整合させる整合回路１１２と、インバータ回路１０７を駆動制御する制御部１０８と、を備えている。また、実施の形態１の誘導加熱装置は、被加熱物１０５から放射された赤外線を検出して当該被加熱物１０５の温度を検知する温度センサ１０９、トッププレート１０４に設けられた操作部１１０などの一般的な誘導加熱装置に設けられている構成要素が備えられている。温度センサ１０９からの検知信号、操作部１１０から操作信号、およびインバータ回路１０７の出力信号などに基づいて制御部１０８は、インバータ回路１０７を駆動制御して電磁誘導コイルユニット１００に高周波電流を供給し、被加熱物１０５を所望の状態に加熱する。

　図２は本発明に係る実施の形態１の誘導加熱装置に用いられている電磁誘導コイルユニット１００の構成を示す斜視図である。図２に示す矢印Ｘ、ＹおよびＺは、図２におけるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の３軸方向を示す座標軸である。図３は電磁誘導コイルユニット１００の構成を示す平面図であり、Ｘ－Ｙ軸面における電磁誘導コイルユニット１００を示している。図４は電磁誘導コイルユニット１００などのＺ軸方向の断面図である。

　電磁誘導コイルユニット１００は実質的に平面的な螺旋状の形状を有する導体、例えば銅材により形成されたコイル１０１を有している。なお、コイル１０１は、図４に示すように断面が矩形状の単線でなくてもよく、断面が丸形状、楕円形状などの各種形状が適用できる。また、コイル１０１は単線に限定されるものでもなく、単線を撚り合わせるリッツワイヤのような構成でもよい。

　コイル１０１はインバータ回路１０７からの高周波電力が供給されて、高周波の磁界を発生する。このように磁界を発生したコイル１０１により、電気絶縁材により構成されたトッププレート１０４を介して被加熱物１０５が誘導加熱される。

　図４に示すように、電磁誘導コイルユニット１００にはコイル１０１の他に、隔壁磁性体１０２、外周隔壁磁性体１０３、および誘電体１０６が設けられている。隔壁磁性体１０２は、実質的に平面的な螺旋状の形状を有する磁性体（フィライト）であり、螺旋状のコイル１０１における導体間に挿入されて配置されている。外周隔壁磁性体１０３は、コイル１０１の周囲を覆うように配置された磁性体（フェライト）である。外周隔壁磁性体１０３を設けることにより、コイル１０１の外部への磁界の漏洩が防止されている。

　誘電体１０６は、比誘電率が１を超える誘電材料により形成されており、コイル１０１に装着されている。実施の形態１における誘電体１０６においては、図４の断面図に示すように、コイル１０１の全てを覆うように装着した例で説明するが、誘電体１０６がコイル１０１の全てを覆う必要は無く、誘電体１０６がコイル１０１の一部に装着されてコイル１０１の形状を保持できる構成であればよい。例えば、螺旋状に形成された誘電体１０６の上に載置する構成や、コイル１０１の一部を誘電体１０６で挟着するような構成でもよい。

　以上のように構成された本発明に係る実施の形態１の誘導加熱装置における電磁誘導コイルユニットの動作について説明する。

　コイル１０１は螺旋状の導体であるため、コイル１０１に電流を流すとコイル１０１の中心軸付近に磁界の集中が生じる。このため、コイル１０１の中心軸付近ではコイル１０１により生じる磁界分布の影響を受けて近接効果が発生する。具体的には、コイル１０１における導体断面（Ｚ軸方向断面）の電流分布は中心軸側に偏った形となり、コイル１０１の抵抗値が増大する。隔壁磁性体１０２をコイル１０１の導体間に挿入することにより、磁界が隔壁磁性体１０２に集中するため、コイル１０１に流れる電流はコイル１０１の発生する磁界分布の影響を受けない。これにより、近接効果が抑制され、コイル１０１の抵抗値増大を防ぐことができる。つまり、隔壁磁性体１０２が磁気シールドとして機能する。

　［隔壁磁性体１０２の透磁率］
　次に、隔壁磁性体１０２の詳細について説明する。
　最初に、隔壁磁性体１０２の透磁率について説明する。図５は隔壁磁性体１０２の比透磁率、コイル１０１の抵抗値［ｍΩ］、および電力伝送効率［％］の関係を示すグラフである。図５に示すグラフはコイル１０１の巻き数を５とした場合の計算結果である。このときの計算においては、隔壁磁性体１０２がコイル１０１の全ての領域（導体間領域）に挿入されている。

　図５に示すグラフにおいて、電力伝送効率はコイル１０１への入力電力に対する、被加熱物１０５に伝わった電力の割合である。図５に示すグラフにおいて、隔壁磁性体１０２の比透磁率における電力伝送効率を白丸（○）で示し、隔壁磁性体１０２の比透磁率におけるコイル１０１の抵抗値をクロス（×）で示す。

　図５のグラフに示すように、隔壁磁性体１０２の比透磁率を１から上昇させていくと、近接効果が隔壁磁性体１０２により軽減されて、コイル１０１の抵抗値が減少し、電力伝送効率は上昇する。比透磁率が１００付近においては、電力伝送効率が最大となる。しかし、比透磁率が１００を超えると被加熱物１０５、例えば鍋との磁気結合が弱まるため、徐々に電力伝送効率は低下していく。電力伝送効率を９０％以上確保するためには、隔壁磁性体１０２の比透磁率を５以上１０００以下の範囲に設定する必要がある。

　［隔壁磁性体１０２を挿入すべき領域］
　次に、隔壁磁性体１０２を挿入すべき領域について説明する。図２および図３に示すように、隔壁磁性体１０２はコイル１０１の中心軸端部側から外側の方向に所定の長さだけコイル１０１の内側に沿って挿入されている。図２および図３に示した電磁誘導コイルユニット１００の場合、隔壁磁性体１０２はコイル１０１の中心軸からコイル１０１の巻き数が３までの導体間の領域まで挿入されている。このとき、隔壁磁性体１０２は３回巻きの螺旋形状となる。図６は隔壁磁性体１０２の中心からの巻き数、コイル１０１の抵抗値［ｍΩ］、および電力伝送効率［％」の関係を示すグラフである。図６に示すグラフは、コイル１０１の巻き数を１９とした場合の実験結果である。図６に示すグラフにおける電力伝送効率は、図５に示した電力伝送効率と同じであり、コイル１０１への入力電力に対する、被加熱物１０５に伝わる電力の割合である。図６においては、隔壁磁性体１０２の巻き数における電力伝送効率を白丸（○）で示し、隔壁磁性体１０２の巻き数におけるコイル１０１の抵抗値をクロス（×）で示す。

　図６のグラフに示すように、隔壁磁性体１０２の巻き数がゼロから１０までの領域においては、巻き数が増加するにつれてコイル１０１の抵抗値が減少し、電力伝送効率は上昇した。図６に示すグラフにおいては、隔壁磁性体１０２の巻き数がコイル１０１の巻き数（１９）の約半分である１０のとき電力伝送効率が最大となった。しかし、隔壁磁性体１０２の巻き数が１０を超えると、被加熱物１０５、例えば鍋との磁気結合が弱まり、徐々に電力伝送効率が低下していく。この結果から、隔壁磁性体１０２はコイル１０１の中心軸からコイル１０１の巻き数の４分の１（２５％）から４分の３（７５％）までの導体間領域に挿入したほうが好ましいことが理解できる。特に、隔壁磁性体１０２はコイル１０１の中心軸からコイル１０１の巻数の半分の導体間領域近傍、すなわちコイル１０１の巻数の４０％から６０％までの領域まで挿入することがさらに好ましい。

　［隔壁磁性体１０２の寸法］
　次に、隔壁磁性体１０２の寸法について説明する。図７はコイル１０１と被加熱物１０５との距離［ｍｍ］、コイル１０１の抵抗値［ｍΩ］、および電力伝送効率［％］の関係を示すグラフである。図７に示すグラフは、コイル１０１の巻き数を５とし、隔壁磁性体１０２の表面（トッププレート１０４に対向する面）と被加熱物１０５との間の距離Ｅ（図４参照）を４．５ｍｍで固定し、コイル１０１の表面（トッププレート１０４に対向する面）と被加熱物１０５との間の距離Ｆを変化（１～１０ｍｍ）させた場合の計算結果である。このときの計算においては、隔壁磁性体１０２がコイル１０１の全ての領域に挿入されている。

　図７に示すグラフにおいて、電力伝送効率はコイル１０１への入力電力に対する、被加熱物１０５に伝わった電力の割合である。図７においては、コイル１０１と被加熱物１０５の距離における電力伝送効率を白丸（○）で示し、コイル１０１と被加熱物１０５の距離におけるコイル１０１の抵抗値をクロス（×）で示す。

　図７のグラフに示すように、コイル１０１と被加熱物１０５の距離が１０ｍｍより短くなるに従い、互いの磁気結合が強まり電力伝送効率が上昇する。しかし、コイル１０１と被加熱物１０５の距離が６ｍｍより短くなると、隔壁磁性体１０２の磁気シールドによる近接効果の抑制効果が徐々に失われて、電力伝送効率が悪化していく。したがって、隔壁磁性体１０２により近接効果を抑制するためには、隔壁磁性体１０２と被加熱物１０５の距離Ｅ（図４参照）が４．５ｍｍで固定されているので、コイル１０１は隔壁磁性体１０２の表面から１．５ｍｍ以上内側に配置することが好ましいことが理解できる。したがって、図４に示すように、隔壁磁性体１０２の厚み寸法Ａは、コイル１０１の厚み寸法Ｄより大きく設定される。また、隔壁磁性体１０２の表面（トッププレート１０４に対向する面）とコイル１０１の表面（トッププレート１０４に対向する面）との距離Ｂを１．５ｍｍ以上に設定することが好ましい。隔壁磁性体１０２の裏面（表面とは逆側の面）とコイル１０１の裏面（表面とは逆側の面）との距離Ｃにおいても、隔壁磁性体１０２により近接効果を抑制するためには、同様に１．５ｍｍ以上とすることが好ましいことが理解できる。

［隔壁磁性体１０２の構造］
　次に、隔壁磁性体１０２の構造について説明する。隔壁磁性体１０２の構造は、フェライト材により螺旋状に形成されており、コイル１０１の中心軸端部側から所定の巻き数のだけ、コイル１０１の内側部分に沿って配設されている。図４に示すように、隔壁磁性体１０２の厚み寸法Ａ（中心軸方向の長さ）は、コイル１０１の厚み寸法Ｄ（中心軸方向の長さ）に比して大きいほうが好ましく、また隔壁磁性体１０２はトッププレート１０４に近づけて配置することが好ましい。このように隔壁磁性体１０２を設けることにより、近接効果の抑制効果が強まり、また被加熱物１０５との距離Ｅが短縮されるため、被加熱物１０５との磁気結合が強まり、電力伝送効率が上昇する。

　［コイル１０１の構造］
　コイル１０１の構造について説明する。図４において、隔壁磁性体１０２が挿入されていないコイル１０１の導体間の距離Ｇは、できるだけ短くしたほうが好ましい。コイル１０１の中心軸付近は近接効果が強く働くため、隔壁磁性体１０２を挿入して近接効果が抑制されている。しかし、隔壁磁性体１０２が挿入されていない外側領域のコイル１０１は近接効果が弱いため、導体間の距離Ｇを短くすることが可能である。また、隔壁磁性体１０２が挿入されていない外側領域のコイル１０１の導体断面積を広く構成してもよい。このように、コイル１０１の外側領域における導体断面積を広く構成することにより、コイル１０１の抵抗値が低下し、電力伝送効率が上昇する。

　実施の形態１の誘導加熱装置における電磁誘導コイルユニット１００においては、隔壁磁性体１０２により磁界が希薄となるため、コイル１０１の側面に流れる電流は非常に小さくなる。この結果、コイル１０１に流れる電流はコイル１０１の表面と裏面に集中して流れ、高い電力伝送効率を発揮することができる。

　実施の形態１の誘導加熱装置における電磁誘導コイルユニット１００のコイル１０１は、図２から図４に示したような導体断面が矩形状の単線の例で説明したが、本発明はこのような形状に限定されるものではなく、丸形状、楕円形状などのいずれの導体断面形状をも含むものである。

　また、本発明の電磁誘導コイルユニットにおけるコイルは単線に限定されるものでもなく、複数の単線を撚り合わせて形成するリッツワイヤのような撚り線構造でもよい。

　さらに、本発明の電磁誘導コイルユニットにおけるコイルの巻き数は、実施の形態１において説明した巻き数に限定されるものではなく、電磁誘導コイルユニットが用いられる装置の仕様などに応じて適宜設定される。なお、実施の形態１におけるコイル１０１の形状は円形の場合について説明したが、本発明におけるコイルの形状は円形のコイルに限定されるものではなく、四角形、三角形などの多角形を含むものである。

　上記のように、本発明における電磁誘導コイルユニットのコイル（１０１）において、形状および構造などを限定する必要がないのは、コイル（１０１）の導体間に隔壁磁性体を挿入することによりコイルにおける近接効果が抑制されるためである。

　また、コイル（１０１）に入力する電流の周波数は、隔壁磁性体（１０２）による近接効果の抑制には影響しない。これは近接効果が導体間の距離に依存し、周波数には依存しないためである。ただし、磁性体は一般的に周波数が高くなるほど損失が大きくなるため、損失の影響がない範囲の周波数で使用することが望ましい。

　次に、実施の形態１におけるコイル１０１のインピーダンスについて説明する。コイル１０１の巻き数が少ないなどの理由でコイル１０１のインピーダンスの実部が非常に小さい場合、コイル１０１とインバータ回路１０７との間を接続するリード線、リード線とコイル１０１を接続する端子の接触抵抗、およびリード線とインバータ回路を接続する端子の接触抵抗などの影響が大きくなり、電力伝送効率が悪化する。これは、インバータ回路１０７から出力された高周波電力がコイル１０１に入力される割合が低下するためである。コイル１０１のインピーダンスがインバータ回路１０７の出力インピーダンスと整合しているとき、コイル１０１に供給できる電力は最大となる。

　したがって、コイル１０１のインピーダンスをインバータ回路１０７の出力インピーダンスの実部と同程度まで大きくする必要がある。

　図８は実施の形態１の誘導加熱装置における電磁誘導コイルユニット１００のコイル１０１とインバータ回路１０７との間に挿入される整合回路１１２の構成の一例を示す回路図である。この整合回路１１２は、周波数を２３ｋＨｚ、コイル１０１のインピーダンスＺＬを０．３＋ｊ１．５Ω、インバータ回路１０７の出力インピーダンスを１Ωとした場合の例である。２．２μＦの並列容量Ｃｐを有する整合回路１１２をコイル１０１に接続する。これにより、インピーダンスは１＋ｊ２．７Ωへ変換される。その後に２．６μＦの直列容量Ｃｓを整合回路１１２とインバータ回路１０７との間に挿入する。これにより、コイル１０１とインバータ回路１０７との間の整合を取ることができる。コイル１０１に並列容量Ｃｐの整合回路１１２を接続することにより、コイル１０１のインピーダンス実部を損失することなく大きくすることにより、リード線１１１の影響を防ぐことができる。

　図９および図１０は、整合回路の別の構成例を示す回路図である。図９に示す整合回路１１２Ａのように、直列容量Ｃｓをリード線１１１と並列容量Ｃｐとの間に挿入してもよい。また、図１０に示す整合回路１１２Ｂのように、直列容量Ｃｓをコイル１０１と並列容量Ｃｐとの間に挿入してもよい。

　なお、図４に示したように、電磁誘導コイルユニット１００においては誘電体１０６がコイル１０１に装着されているため、コイル１０１の導体間に発生する寄生容量を意図的に増加させる構成が可能となり、電磁誘導コイルユニット１００の構造の内部に並列容量を付加することが可能である。その結果、整合回路としての部品点数の削減が可能となる。

　以上のように、実施の形態１の電磁誘導装置における電磁誘導コイルユニット１００において、コイル１０１に挿入される隔壁磁性体１０２の透磁率、寸法、挿入領域などの各パラメータを最適な値に設定することにより、近接効果を効果的に抑制し、コイル損失を低減し、高い電力伝送効率を実現することができる。また、実施の形態１の電磁誘導装置における電磁誘導コイルユニット１００は、高い電力伝送効率を実現することができるため、コイル構造の簡素化を図ることが可能となり、製造コストのさらなる低減を達成することができる。この結果、実施の形態１の電磁誘導装置は、製造コストが抑制された、高い電力伝送効率を有する信頼性の高い装置となる。

　（実施の形態２）
　次に、本発明の電磁誘導コイルユニットを用いた実施の形態２の電磁誘導装置を添付の図１１を参照して説明する。図１１は本発明に係る実施の形態２の電磁誘導装置における電磁誘導コイルユニット１００Ａの構成を示す断面図である。

　実施の形態２の電磁誘導装置において前述の実施の形態１の誘導加熱装置と異なる点は、電磁誘導コイルユニット１００Ａの構成であり、その他の点は実施の形態１の誘導加熱装置と同じである。したがって、実施の形態２の説明において前述の実施の形態１と同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付して、その説明は実施の形態１における説明を適用する。

　実施の形態２における電磁誘導コイルユニット１００Ａにおいては、実施の形態１における電磁誘導コイルユニット１００と同様に、コイル１０１Ａ、隔壁磁性体１０２Ａ、外周隔壁磁性体１０３および誘電体１０６が設けられている。実施の形態２における電磁誘導コイルユニット１００Ａにおいては、コイル１０１Ａおよび隔壁磁性体１０２Ａの構成が異なるのみであり、その他の構成は同じである。

［隔壁磁性体１０２Ａの構造］
　実施の形態２における隔壁磁性体１０２Ａの構造について説明する。
　図１１に示すように、実質的に平面的な螺旋状のコイル１０１Ａは、上下方向（コイル１０１Ａの中心軸方向）において複数のコイル状体が積層された多層構造である。隔壁磁性体１０２Ａは、実質的に平面的な螺旋状の磁性体が複数重ね合わされて構成され、各磁性体の間に空隙を有している。すなわち、実施の形態２における隔壁磁性体１０２Ａは螺旋状の磁性体を重ねた多重構造を有しており、前述の実施の形態１と同様にコイル１０１Ａの導体間に挿入されている。実施の形態２の電磁誘導コイルユニット１００Ａおける隔壁磁性体１０２Ａの透磁率、コイル１０１Ａの巻き数、および隔壁磁性体１０２Ａとコイル１０１Ａとの位置関係は、前述の実施の形態１の誘導加熱装置における電磁誘導コイルユニット１００と同じである。

　なお、図１１に示す電磁誘導コイルユニット１００Ａおいては、コイル１０１Ａが２層構造であり、隔壁磁性体１０２Ａが３重構造の例を示しているが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、誘導加熱装置の仕様などに応じて適宜設定される。したがって、以下の説明においては、コイル１０１Ａは２層以上の多層構造であり、隔壁磁性体１０２Ａは２重以上の多重構造とする。

　図１１に示すように、隔壁磁性体１０２Ａはコイル１０１Ａの中心軸方向に貫通する空隙を有する多重構造である。このように、隔壁磁性体１０２Ａが空隙を有する多重構造とすることにより、磁気シールド効果が増大し、近接効果の抑制効果が強まる。コイル１０１Ａの巻き数を５として計算した結果、空隙を入れることにより、コイル１０１Ａの抵抗値が大幅に低下し、電力伝送効率が上昇した。

　また、実施の形態２におけるコイル１０１Ａは多層構造であるため、コイル１０１Ａの断面内部に流れる電流は表皮効果により非常に小さくなる。コイル１０１Ａの側面に流れる電流は、隔壁磁性体１０２Ａにより磁界が希薄となるため、非常に小さくなる。この結果、コイル１０１Ａに流れる電流はコイル１０１Ａの表面と裏面に集中して流れる。コイル１０１Ａは多層構造であるため、電流は最も上の層の表面（図１１における最上層の上側面）と、最も下の層の裏面（図１１における最下層の下側面）に集中して流れる。したがって、実施の形態２のコイル１０１Ａのように多層構造としても電力伝送効率はほとんど変化することがない。

　なお、実施の形態２の誘導加熱装置における電磁誘導コイルユニット１００Ａにおいて、コイル１０１Ａの導体間に挿入される隔壁磁性体１０２Ａの透磁率、寸法、挿入領域などの各条件に関しては、前述の実施の形態１において説明した条件と同じ条件が適用される。したがって、実施の形態２の誘導加熱装置における電磁誘導コイルユニット１００Ａにおいて、コイル１０１Ａに挿入される隔壁磁性体１０２Ａの透磁率、寸法、挿入領域などの各種パラメータを最適な値に設定することによって近接効果を効果的に抑制し、コイル損失を低減し、高い電力伝送効率を実現できる。また、実施の形態２の電磁誘導装置における電磁誘導コイルユニット１００Ａは、高い電力伝送効率を実現することができるため、コイル構造の簡素化を図り、製造コストの低減を図ることができる。この結果、実施の形態２の電磁誘導装置は、製造コストが抑制され、高い電力伝送効率を有する信頼性の高い装置となる。

　なお、本発明の電磁誘導装置の電磁誘導コイルユニットは非接触型充電装置に適用することができる。例えば、電気自動車（ＥＶ）の二次電池の充電用として利用される非接触型充電装置には電磁誘導装置が用いられており、その電磁誘導装置に前述の実施の形態において説明した電磁誘導コイルユニットを用いることができる。図１２は本発明の電磁誘導コイルユニットを有する非接触型充電装置が装備された車両２００および駐車場を示す図である。図１２に示す車両２００は電気自動車（ＥＶ）であり駐車場に停車している状態を示す図である。図１２に示すように、車両２００の本体下部に第１の電磁誘導コイルユニット１００Ｂが設けられており、車両２００が駐車する駐車場の駐車領域には第２の電磁誘導コイルユニット１００Ｃが設けられている。第２の電磁誘導コイルユニット１００Ｃは、車両２００の第１の電磁誘導コイルユニット１００Ｂと近接して配置されるように、駐車面上から突設されている。なお、第２の電磁誘導コイルユニット１００Ｃは、車両２００が所定の駐車領域に停車して充電可能な状態となったときに上昇して、第１の電磁誘導コイルユニット１００Ｂに近接する位置に移動するよう構成してもよい。

　図１２において、車両２００および駐車領域に設けられている電磁誘導コイルユニット（１００Ｂ，１００Ｃ）が前述の実施の形態１または実施の形態２においてそれぞれ説明した電磁誘導コイルユニットと同じ構成である。なお、図１２に示す２つの電磁誘導コイルユニット（１００Ｂ，１００Ｃ）において、少なくとも一方が前述の実施の形態１または実施の形態２においてそれぞれ説明した電磁誘導コイルユニットと同じ構成でもよい。

　上記のように、本発明の電磁誘導装置の電磁誘導コイルユニットを非接触型充電装置に適用して、コイルに挿入される隔壁磁性体の透磁率、寸法、挿入領域などの各パラメータを最適な値とすることにより、近接効果を効果的に抑制し、コイル損失を低減し、高い電力伝送効率を実現することができる。

　本発明の電磁誘導コイルユニットは、一般家庭、レストラン、または工場などで使用される誘導加熱装置に限らず、無線タグ、非接触型充電装置など電磁誘導の原理を用いたあらゆる電磁誘導装置に適用できる。

　１０１　コイル
　１０２　隔壁磁性体
　１０３　外周隔壁磁性体
　１０４　トッププレート
　１０５　被加熱物
　１０６　誘電体

Claims

　螺旋状の導体で形成されたコイルと、
　螺旋状の磁性体で形成され、前記コイルの螺旋状の導体の少なくとも一部を挟むように配置された隔壁磁性体と、
を備えた電磁誘導コイルユニット。
　前記隔壁磁性体が前記コイルの中心軸側端部から所定長さの導体を挟むように配置された請求項１に記載の電磁誘導コイルユニット。
　前記コイルを保持する誘電体が設けられた請求項１または２に記載の電磁誘導コイルユニット。
　前記コイルの外周を覆うように配置された外周隔壁磁性体を更に備えた請求項１または２に記載の電磁誘導コイルユニット。
　前記隔壁磁性体は、比透磁率が５以上１０００以下の磁性体で構成された請求項１または２に記載の電磁誘導コイルユニット。
　前記隔壁磁性体は、前記コイルの中心側端部から前記コイルの全巻き数の２５％から７５％までの導体を挟むように配置された請求項２に記載の電磁誘導コイルユニット。
　前記コイルの中心軸方向における前記隔壁磁性体の寸法は、前記コイルの中心軸方向の寸法より大きく、
　前記隔壁磁性体における前記中心軸方向で対向する面から１．５ｍｍ以上内側に前記コイルにおける前記中心軸方向で対向する面が配置されている請求項１または２に記載の電磁誘導コイルユニット。
　前記隔壁磁性体は、前記コイルの中心軸方向に貫通する空隙を持つ多重構造を有する請求項１または２に記載の電磁誘導コイルユニット。
　前記コイルは、前記コイルの中心軸方向に積層された多層構造を有する請求項１または２に記載の電磁誘導コイルユニット。
　前記コイルに誘電体を付加して並列容量を有する構成とした請求項１または２に記載の電磁誘導コイルユニット。
　前記コイルの両端に並列容量が接続された構成を持つ請求項１または２に記載の電磁誘導コイルユニット。
　請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の電磁誘導コイルユニットと、
　前記電磁誘導コイルユニットのコイルに高周波電力を供給するインバータ回路と、
　前記コイルと前記インバータ回路との間の整合をとる整合回路と、
を具備する電磁誘導装置。