WO2013046533A1 - 平面コイル、およびこれを備えるコイルモジュール、受電装置、および非接触式電力伝送装置 - Google Patents

平面コイル、およびこれを備えるコイルモジュール、受電装置、および非接触式電力伝送装置 Download PDF

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planar
planar coil
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恭平 加田
鈴木　一敬
智史 山本
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パナソニック 株式会社
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    • H01F38/14—Inductive couplings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2871—Pancake coils
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    • H02J50/70—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving the reduction of electric, magnetic or electromagnetic leakage fields

Definitions

  • the present invention relates to a planar coil in which a conductive wire that is a rectangular wire having a rectangular cross section is wound in a planar shape, and a coil module, a power receiving device, and a non-contact power transmission device including the coil.
  • a non-contact power transmission device that enables power transmission between both devices in a state where the power transmission device and the power receiving device are electrically non-contact has been proposed.
  • the power transmission of this non-contact power transmission device is performed using the electromagnetic induction action of the coils provided in both the power transmission device and the power reception device.
  • planar coils are generally used as coils provided in the power transmission device and the power reception device.
  • Patent Document 1 describes a coil obtained by aligning a plurality of round wires, which are conductive wires having a circular cross section, in parallel and winding them in a planar shape. Yes.
  • the area of the gap between the conductive wires increases, so the ratio of the cross-sectional area of the conductive wire to the cross-sectional area of the planar coil, that is, the space factor decreases. .
  • the conductive wire, and thus the planar coil generates heat.
  • the gap between the conductive wires is smaller than when a planar coil is formed using a round wire. Since the area can be reduced, the space factor can be increased.
  • the square wires may be individually separated and twisted, resulting in a decrease in productivity or use of round wires. In other words, the space factor of the conductive wire may be reduced.
  • a rectangular wire which is a conductive wire having a cross-sectional area larger than that of the square wire
  • a planar coil having the same space factor can be formed with a smaller number than the square wire. That is, it can suppress that productivity mentioned above falls.
  • a rectangular wire is adopted as the conductive wire in this way, a large eddy current is likely to be generated when the magnetic flux passes through the conductive wire, and this is consumed as thermal energy, so that the eddy current loss is relatively low. There is a tendency to grow.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a planar coil capable of suppressing eddy current loss, a coil module including the planar coil, a power receiving device, and a non-contact power transmission device. With the goal.
  • the planar coil of the present invention has an upper surface and a lower surface, and includes at least one conductive wire wound in a planar shape, and the at least one conductive wire is a rectangular wire having a rectangular cross section,
  • One conductive line includes a plurality of cuts formed in at least one of the upper surface and the lower surface and extending in the extending direction of the at least one conductive line.
  • At least one conductive wire is a first conductive wire
  • the planar coil further includes a second conductive wire that has a top surface and a bottom surface and is wound in a planar shape.
  • the second conductive line is a rectangular wire having a rectangular cross section, and the second conductive line is formed on at least one of the upper surface and the lower surface, and extends in the extending direction of the second conductive line.
  • the position of the said 1st conductive wire and the position of the said 2nd conductive wire interchange in the middle position of the collective conductive line along the circumferential direction of the said planar coil. It is preferable that the winding is performed.
  • At least one conductive wire is a single conductive wire and is folded at an intermediate position of the conductive wire along the circumferential direction of the planar coil.
  • the planar coil includes a first coil and a second coil connected in series to the first coil, and the first coil and the second coil are laminated. It is preferable that
  • the first coil is preferably formed along a winding direction opposite to the winding direction of the second coil.
  • the coil module of this invention is provided with the above-mentioned planar coil and the magnetic body for reducing a leakage magnetic flux provided in at least one of the said upper surface and the said lower surface.
  • the power receiving device of the non-contact power transmission device of the present invention is a power receiving device of a non-contact power transmission device that receives power transmitted from the power transmitting device by the power receiving coil module, and is used as the power receiving coil module.
  • a coil module is provided.
  • the non-contact-type electric power transmission apparatus of this invention is equipped with a power transmission apparatus and the power receiving apparatus mentioned above.
  • a planar coil that can suppress eddy current loss
  • a coil module including the planar coil
  • a power receiving device and a non-contact power transmission device.
  • Sectional drawing which shows the non-contact-type electric power transmission apparatus of one Embodiment of this invention.
  • the perspective view which shows the secondary coil by one Embodiment of this invention.
  • the expansion perspective view which shows the area
  • (A) is a perspective view which shows the conventional flat wire
  • (b) is a perspective view which shows the flat wire used by this embodiment.
  • the schematic diagram which shows the equivalent circuit of the secondary coil in the non-contact-type electric power transmission apparatus of this embodiment.
  • the top view which shows the planar coil in the non-contact-type electric power transmission apparatus of other embodiment of this invention The top view which shows the planar coil in the non-contact-type electric power transmission apparatus of other embodiment of this invention.
  • the perspective view which shows the flat wire in the non-contact-type electric power transmission apparatus of other embodiment of this invention. The perspective view which shows the flat wire in the non-contact-type electric power transmission apparatus of other embodiment of this invention.
  • the non-contact power transmission device includes a power reception device 20 having a secondary battery 22 and a power transmission device 10 that transmits power to the power reception device 20.
  • a mobile phone is illustrated as the power receiving device 20.
  • the power transmission device 10 includes a primary coil module 30 that transmits electric power and signals to the power reception device 20, and a housing 11 that houses the primary coil module 30 and various components.
  • the housing 11 includes a mounting surface 11A on which the power receiving device 20 is placed.
  • a magnetic body 32 that suppresses leakage of magnetic flux generated in the primary coil 31 is assembled to the primary coil 31 that generates magnetic flux when electric power is supplied.
  • the magnetic body 32 includes a bottom wall portion 32 ⁇ / b> A that faces the bottom surface of the primary coil 31 and a peripheral wall portion 32 ⁇ / b> B that surrounds the outer periphery of the primary coil 31.
  • the bottom wall portion 32A and the peripheral wall portion 32B are made of a ferrite material.
  • the power receiving device 20 includes a secondary coil module 40 that receives power and signals transmitted from the power transmitting device 10, a secondary coil module 40, a secondary battery 22, and a housing 21 that houses various components.
  • the secondary coil module 40 corresponds to a “power receiving coil module”.
  • the secondary coil 41 that generates an induced current by interlinking with the magnetic flux generated in the primary coil 31 has a magnetic body 42 that suppresses leakage of the magnetic flux generated in the primary coil 31. It is assembled.
  • the magnetic body 42 has a contact surface 42A with which the bottom surface of the secondary coil 41 contacts.
  • the outer diameter of the magnetic body 42 is set larger than the outer diameter of the secondary coil 41.
  • As the magnetic body 42 a sheet-like magnetic body made of an amorphous material is used.
  • the power supply procedure of the non-contact power transmission apparatus will be described.
  • the primary coil module 30 of the power transmission device 10 and the secondary coil module 40 of the power reception device 20 face each other.
  • an alternating current is supplied to the primary coil 31
  • a high-frequency alternating magnetic flux is generated in the primary coil 31.
  • the alternating magnetic flux is linked to the secondary coil 41, whereby alternating power is generated in the secondary coil 41.
  • the alternating power is smoothed and rectified by a rectifier circuit (not shown) and supplied to the secondary battery 22.
  • a direction orthogonal to the center line C is referred to as a “radial direction”.
  • a direction toward the center line C in the radial direction is “inward”, and a direction away from the center line C in the radial direction is “outward”.
  • a direction in which the secondary coil 41 is wound from the inside toward the outside is defined as a winding direction.
  • the secondary coil 41 is a planar coil including first and second conductive wires.
  • the first and second conductive wires are rectangular wires 43A and 43B having a rectangular cross section, and the planar coil is formed by aligning the rectangular wires 43A and 43B in parallel to form the end portions 51A and 51B and the end portions thereof. It is formed by winding the collective conductive wire 43 obtained by electrically connecting the 61A and the end portion 61B to each other in a plane. That is, the secondary coil 41 includes a first coil 50 around which the collective conductive wire 43 is wound, and a second coil that is connected in series with the first coil 50 and stacked on the first coil 50.
  • the coil 60 has a continuous portion 44 located at the boundary between the first coil 50 and the second coil 60.
  • the winding direction of the first coil 50 is set to be opposite to the winding direction of the second coil 60. That is, the secondary coil 41 is formed by so-called alpha winding.
  • the continuous portion 44 includes a folded portion 44 ⁇ / b> A where the position of the flat wire 43 ⁇ / b> A interchanges with the position of the flat wire 43 ⁇ / b> B in the middle of the collective conductive wire 43 along the circumferential direction of the secondary coil 41.
  • the flat wire 43A is located farther from the center line C than the flat wire 43B.
  • the folded portion 44A is formed, in the portion of the collective conductive wire 43 corresponding to the second coil 60, the flat wire 43A is located closer to the center line C than the flat wire 43B.
  • the shape of the collective conductive wire 43 will be described in detail with reference to FIG.
  • the collective conductive line 43 is composed of rectangular wires 43A and 43B.
  • the flat wire 43A has an upper surface 46A and a lower surface 47A
  • the flat wire 43B has an upper surface 46B and a lower surface 47B.
  • Copper wires having a rectangular cross section are used as the flat wires 43A and 43B.
  • the upper surfaces 46A and 46B, the lower surfaces 47A and 47B, and the side surfaces thereof are covered with an enamel layer (not shown), and the enamel layer further has a self-bonding fusion layer (not shown). Abbreviation). Therefore, the flat wire 43A and the flat wire 43B are self-fused by this fusion layer.
  • a plurality of cuts 45 extending in the extending direction of the collective conductive wires 43 are formed on the upper surfaces 46A and 46B of the rectangular wires 43A and 43B.
  • the cut 45 has cut surfaces 48A and 48B facing each other, and the cut surfaces 48A and 48B are covered with an enamel layer in the same manner as the upper surfaces 46A and 46B. For this reason, the cut surface 48A and the cut surface 48B are electrically insulated.
  • the cut 45 does not reach the lower surfaces 47A and 47B. That is, the cut 45 does not penetrate the upper surfaces 46A and 46B and the lower surfaces 47A and 47B.
  • the eddy current generated in the collective conductive wire 43 will be described.
  • the above-described notches are not formed in the upper surfaces 72A and 72B and the lower surfaces 73A and 73B of the collective conductive wire 71 configured by conventional ordinary rectangular wires 71A and 71B. Therefore, the magnetic flux B generated in the primary coil 31 passes through the collective conductive wire 71, so that an eddy current W1 is generated over a wide range.
  • the induced current will be described.
  • the comparison coil 41X the same reference numerals are given to components common to the secondary coil 41 of the present embodiment. Further, in order to simplify the description of the configuration of the comparison coil 41X, the number of turns of the collective conductive wire 43 is changed from 2 turns to 1 turn.
  • the induced current ia flows toward the folded portion 44 ⁇ / b> A of the continuous portion 44.
  • the induced current ia flows on the folded portion of the continuous portion 44. It tries to flow toward 44A. That is, since the flow directions of the induced current ia of the first coil 50 and the induced current ia of the second coil 60 are reversed, they are canceled out. Therefore, in the secondary coil 41, such a loop current does not occur or only a relatively small loop current flows as compared with the loop current flowing through the comparison coil 41X.
  • the secondary coil 41 is a planar coil including first and second conductive wires wound in a planar shape, and the first and second conductive wires are rectangular wires 43A having a rectangular cross section,
  • the rectangular wires 43A and 43B include a plurality of cuts 45 formed on the upper surfaces 46A and 46B and extending in the extending direction of the flat wires 43A and 43B.
  • the first and second conductive wires are the rectangular wires 43A and 43B, for example, the gap between the conductive wires is smaller than that of a flat coil including a round wire wound in a planar shape. The area becomes smaller. For this reason, the ratio of the cross-sectional area of the conductive wire to the cross-sectional area of the planar coil, that is, the space factor can be increased, and the secondary coil 41 can be prevented from generating heat.
  • the shape of the rectangular wires 43A and 43B is maintained by the portion where the notch 45 is not formed, for example, unlike the case where the secondary coil 41 is formed by winding a plurality of round wires or square wires in parallel. Since the rectangular wires 43A and 43B are individually separated at the time of the formation, it is possible to prevent regular aligned windings from being obtained, and to prevent the individual conductive wires from being twisted when the square wires are used. A high productivity efficiency of 41 can be maintained.
  • the collective conductive wire 43 including the rectangular wires 43A and 43B aligned in parallel is wound in a flat shape, and an end portion 51A of the flat wire 43A and an end portion of the flat wire 43B 51B is electrically connected, and the end 61A of the flat wire 43A and the end 61B of the flat wire 43B are electrically connected. Therefore, the number of turns required for the secondary coil 41 can be ensured while suppressing an increase in the thickness of the secondary coil 41.
  • the collective conductive line 43 is positioned at the rectangular wire 43A so that the position of the flat wire 43A and the position of the flat wire 43B at the end 51A and the end 51B are interchanged at the end 61A and the end 61B. And a position of the flat wire 43B is included in the folded portion 44A that replaces the intermediate conductive wire 43 along the circumferential direction of the secondary coil 41.
  • the flat wire 43A at the end 51A is located farther from the center line C than the flat wire 43B at the end 51B.
  • the position of the flat wire 43A and the position of the flat wire 43B at the end 51A and the end 51B of the collective conductive wire 43 are determined by the end 61A and the end 61B of the collective conductive wire 43. So that the generation of a loop current, which is an induced current that circulates around the rectangular wires 43A and 43B of the secondary coil 41, and the increase in power transmission loss due to the generation of the loop current can be suppressed. Become.
  • the secondary coil 41 includes a first coil 50 and a second coil 60 connected in series to the first coil 50, and the first coil 50 and the second coil 60 are laminated. Has been. Therefore, the number of turns required for the secondary coil 41 can be ensured while suppressing an increase in the radial thickness of the secondary coil 41.
  • the first coil 50 has a winding direction opposite to that of the second coil 60. Therefore, since the secondary coil 41 is formed by so-called alpha winding, which is different from the usual method of winding the collective conductive wire 43, the end portions 51A, 51B and 61A, 61B of the collective conductive wire 43 are connected to the secondary coil 41. There is no need to pull out from the inner diameter of the. Therefore, the increase in the thickness of the secondary coil 41 caused by pulling out the end portions 51A and 51B and the end portions 61A and 61B of the rectangular wires 43A and 43B from the inner diameter portion of the secondary coil 41 is suppressed. can do.
  • the secondary coil 41 is provided with a magnetic body 42 for reducing leakage magnetic flux. Therefore, the leakage magnetic flux in the secondary coil module 40 can be reduced, and a decrease in power transmission efficiency due to the increase in the leakage magnetic flux can be suppressed.
  • the folded portion 44 ⁇ / b> A can be omitted from the continuous portion 44 that is a boundary portion between the first coil 50 and the second coil 60.
  • the flat wire 43A is located farther from the center of the coil 41 than the flat wire 43B.
  • the secondary coil 41 It is preferable that the position of the flat wire 43A and the position of the flat wire 43B are exchanged at the continuous portion 44 located at the center of the collective conductive wire 43 constituting the.
  • the positions of the flat wire 43 ⁇ / b> A and the flat wire 43 ⁇ / b> B can be interchanged in the middle of the first coil 50 or the second coil 60.
  • the secondary coil 41 is formed by winding a single flat wire 43A in a flat shape and folding the flat wire 43A at an intermediate position of the flat wire 43A along the circumferential direction of the secondary coil 41. Also good. Since the flat wire 43A has a plurality of cuts 45 on the upper surface 46A and has a configuration according to the collective conductive wire 43, the effect according to the above (3) can be obtained. In this case, it is preferable that the plurality of cuts 45 be formed on at least one of the upper surface 46A and the lower surface 47A of the single flat wire 43A over the entire circumference of the flat wire 43A. Note that “turning back” means turning back so that the upper surface 46A and the lower surface 47A of the flat wire 43A are interchanged.
  • the secondary coil 90 can be configured by winding a single rectangular wire 80 having a notch 81.
  • the secondary coil 110 can be configured with only one layer by winding the collective conductive wire 101 having the notch 103 and two parallel rectangular wires 101A and 101B in parallel. it can.
  • the position of the flat wire 101A and the position of the flat wire 101B are interchanged in an intermediate portion 102 of the flat wires 101A and 101B along the circumferential direction of the secondary coil 110. Even with such a configuration, the generation of the loop current as described above can be suppressed.
  • cuts 124 can be provided on both the upper surfaces 122A and 122B and the lower surfaces 123A and 123B of the collective conductive wire 121 composed of the flat wire 121A and the flat wire 121B.
  • the notch 142 is not necessarily formed over the entire circumference of the flat wire 141. In other words, it may be formed on at least a part of the upper surface 143 and the lower surface 144 of the flat wire. Moreover, the notch 142 may not be formed in parallel with the direction in which the flat wire 141 extends, and may be formed to be inclined at a predetermined angle with respect to the same direction so as not to be orthogonal to the same direction.
  • the cut 152A is formed from the end 151A of the flat wire 151 to the front of the end 151B, and the cut 152B is formed from the end 151B of the flat wire 151 to the front of the end 151A. can do.
  • a sheet-like magnetic body is used as the magnetic body 42 of the secondary coil module 40, but a magnetic body having the same shape as the magnetic body 32 of the primary coil module 30 can also be used.
  • the flat wires 43A and 43B may be aluminum wires or an aluminum foil pattern or a copper foil pattern of a printed wiring board.
  • the number of rectangular wires constituting the collective conductive wire 43 can be three or more.
  • the winding direction of the collective conductive wire 43 of the first coil 50 and the second coil 60 can be changed to opposite directions.
  • the configuration in which the secondary coil module 40 receives the power and signal transmitted from the primary coil module 30 is used, but this can be changed as follows. That is, a first secondary coil module 40A for receiving power and a second secondary coil module 40B for receiving signals can be provided.
  • the first and second primary coil modules 30A and 30B corresponding to the first and second secondary coil modules 40A and 40B, respectively, are provided.
  • the power receiving device 20 shown in the above embodiment performs non-contact power transmission such as a mobile phone, other portable information terminals, portable audio players, IC recorders, digital cameras, electric toothbrushes, shavers, etc. It can also be used for various electric devices. In this case, the size of the power transmission device 10 is changed to a size corresponding to these power reception devices.

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Abstract

　渦電流損失を抑制することのできる平面コイル、およびこれを備えるコイルモジュール、受電装置、および非接触式電力伝送装置を提供する。２次コイルは、平面状に巻回された第１および第２の導電線を備える平面コイルであり、第１および第２の導電線は、長方形の断面を有する平角線（４３Ａ，４３Ｂ）であり、平角線（４３Ａ，４３Ｂ）は、その上面（４６Ａ，４６Ｂ）に形成された、平角線（４３Ａ，４３Ｂ）の延伸方向に延びる複数の切り込み４５を含む。

Description

平面コイル、およびこれを備えるコイルモジュール、受電装置、および非接触式電力伝送装置
　本発明は、長方形の断面を有する平角線である導電線が平面状に巻回されている平面コイル、およびこれを備えるコイルモジュール、受電装置、および非接触式電力伝送装置に関する。
　送電装置と受電装置とが電気的に非接触である状態において、両装置間で電力の伝送を可能とする非接触式電力伝送装置が提案されている。この非接触式電力伝送装置の電力伝送は、送電装置および受電装置の双方に設けられたコイルの電磁誘導作用を利用して行われている。
　ところで、非接触式電力伝送装置の多くは小型化が要求されるため、送電装置および受電装置に設けられるコイルとして一般に平面コイルが用いられている。例えば、こうした平面コイルとして、特許文献１には、円形の断面を有する導電線である丸線を複数本並列に整列させ、これを平面状に巻回することにより得られたコイルが記載されている。
特開２０１０－１６２３５号公報
　しかし、導電線として丸線を用いて平面コイルを形成すると、導電線間の隙間の面積が大きくなるため、平面コイルの断面積に占める導電線の断面積の割合、すなわち占積率が低下する。その結果、導電線、ひいては平面コイルが発熱する。この点、正方形の断面を有する導電線である角線を用いて平面コイルが形成された場合には、丸線を用いて平面コイルが形成された場合と比較して、導電線間の隙間の面積を減少させることができるため占積率を増加させることが可能になる。しかしながら、例えば複数の角線を並列に巻回することで平面コイルを形成する場合に、角線が個々に分離して捻れしまうことがあるため、その生産性が低下したり、丸線を用いた場合よりかえって導電線の占積率が低下したりしてしまうことになりかねない。
　そこで、角線よりも大きい断面積を有する導電線である平角線を用いれば、角線よりも少ない本数で同じ占積率を有する平面コイルを形成することができる。すなわち、上述した生産性が低下することを抑制することができる。しかし、このように導電線として平角線が採用された場合には、磁束が導電線を通過することにより大きな渦電流が発生し易く、これが熱エネルギとして消費されることで渦電流損失が比較的大きくなる傾向がある。
　本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、渦電流損失を抑制することのできる平面コイル、およびこれを備えるコイルモジュール、受電装置、および非接触式電力伝送装置を提供することを目的とする。
　・本発明の平面コイルは、上面および下面を有し、平面状に巻回された少なくとも１つの導電線を備え、前記少なくとも１つの導電線は、長方形の断面を有する平角線であり、前記少なくとも１つの導電線は、前記上面および下面のうち少なくとも一方に形成され、かつ該少なくとも１つの導電線の延伸方向に延びる複数の切り込みを含む。
　・この平面コイルにおいては、少なくとも１つの導電線は、第１の導電線であり、前記平面コイルは、さらに、上面および下面を有し、平面状に巻回された第２の導電線を備え、前記第２の導電線は、長方形の断面を有する平角線であり、前記第２の導電線は、前記上面および下面のうち少なくとも一方に形成され、かつ該第２の導電線の延伸方向に延びる複数の切り込みを含み、前記第１及び第２の導電線は、集合導電線として、並行に整列され、かつ平面状に巻回されており、前記第１及び第２の導電線は、それらの端部において、相互に電気的に接続されていることが好ましい。
　・この平面コイルにおいては、前記集合導電線は、前記第１の導電線の位置と前記第２の導電線の位置とが、前記平面コイルの周方向に沿った集合導電線の途中箇所で入れ替わるよう巻回されていることが好ましい。
　・この平面コイルにおいては、少なくとも１つの導電線は、単一の導電線であり、前記平面コイルの周方向に沿った前記導電線の途中箇所で折り返されていることが好ましい。
　・この平面コイルにおいては、前記平面コイルは、第１のコイルと、第１のコイルに直列に接続される第２のコイルとを含み、前記第１のコイルと前記第２のコイルとが積層されていることが好ましい。
　・この平面コイルにおいては、前記第１のコイルは、前記第２のコイルの巻回方向とは逆向きの巻回方向に沿って形成されていることが好ましい。
　・本発明のコイルモジュールは、上述の平面コイルと、前記上面および前記下面の少なくとも一方に設けられた、漏れ磁束を低減するための磁性体とを備える。
　・本発明の非接触式電力伝送装置の受電装置は、送電装置から伝送される電力を受電コイルモジュールにより受ける非接触式電力伝送装置の受電装置であり、前記受電コイルモジュールとして用いられる、上述したコイルモジュールを備える。
　・本発明の非接触式電力伝送装置は、送電装置および上述した受電装置を備える。
　本発明によれば、渦電流損失を抑制することのできる平面コイル、およびこれを備えるコイルモジュール、受電装置、および非接触式電力伝送装置を提供することができる。
本発明の一実施形態の非接触式電力伝送装置を示す断面図。 本発明の一実施形態による２次コイルを示す斜視図。 本発明の一実施形態による図２の領域Ｘを示す拡大斜視図。 （ａ）は従来の平角線を示す斜視図、（ｂ）は本実施形態で用いられる平角線を示す斜視図。 比較例の非接触式電力伝送装置における２次コイルの等価回路を示す模式図。 本実施形態の非接触式電力伝送装置における２次コイルの等価回路を示す模式図。 本発明のその他の実施形態にかかる非接触式電力伝送装置について、２次コイルを示す斜視図。 本発明の他の実施形態の非接触式電力伝送装置における平面コイルを示す平面図。 本発明の他の実施形態の非接触式電力伝送装置における平面コイルを示す平面図。 本発明の他の実施形態の非接触式電力伝送装置における平角線を示す斜視図。 本発明の他の実施形態の非接触式電力伝送装置における平角線を示す斜視図。 本発明の他の実施形態の非接触式電力伝送装置における平角線を示す斜視図。 本発明の他の実施形態の非接触式電力伝送装置における平角線を示す斜視図。
　図１を参照して、本発明にかかる非接触式電力伝送装置の全体構成について説明する。
　非接触式電力伝送装置は、２次電池２２を有する受電装置２０と、受電装置２０に電力を伝送する送電装置１０とを備える。図１では、受電装置２０として携帯電話が例示されている。
　送電装置１０は、受電装置２０に電力および信号を伝送する１次コイルモジュール３０と、１次コイルモジュール３０および各種の構成要素を収容するハウジング１１とを含む。ハウジング１１は、受電装置２０を載せるための搭載面１１Ａを含む。
　１次コイルモジュール３０において、電力が供給されることにより磁束を発生する１次コイル３１には、同１次コイル３１に発生する磁束の漏れを抑制する磁性体３２が組み付けられている。この磁性体３２は、１次コイル３１の底面に対向する底壁部分３２Ａと、１次コイル３１の外周を取り囲む周壁部分３２Ｂとを有する。これら底壁部分３２Ａおよび周壁部分３２Ｂはフェライト材料により形成されている。
　受電装置２０は、送電装置１０から伝送される電力および信号を受ける２次コイルモジュール４０と、２次コイルモジュール４０、２次電池２２、および各種の構成要素を収容するハウジング２１とを含む。なお、２次コイルモジュール４０は「受電コイルモジュール」に相当する。
　２次コイルモジュール４０において、１次コイル３１に発生する磁束と鎖交することにより誘導電流が発生する２次コイル４１には、１次コイル３１に発生する磁束の漏れを抑制する磁性体４２が組み付けられている。
　磁性体４２は、２次コイル４１の底面が接触する接触面４２Ａを有する。磁性体４２の外径は、２次コイル４１の外径よりも大きく設定されている。磁性体４２としては、アモルファス材料により形成されたシート状の磁性体が用いられている。
　次に、非接触式電力伝送装置の給電手順について説明する。
　受電装置２０が送電装置１０の搭載面１１Ａに搭載されると、送電装置１０の１次コイルモジュール３０と受電装置２０の２次コイルモジュール４０とが対向する。そして、この状態において、１次コイル３１に交流電流が供給されることにより、１次コイル３１に高周波の交番磁束が発生する。そして、この交番磁束が２次コイル４１に鎖交することにより２次コイル４１において交番電力が発生する。この交番電力は、整流回路（図示略）により平滑化および整流されて２次電池２２に供給される。
　図２を参照して、２次コイル４１の詳細な構成について説明する。以下では、２次コイル４１において、その中心線Ｃに直交する方向を「径方向」とする。また、径方向において中心線Ｃに向かう方向を「内方」とし、径方向において中心線Ｃから離れる方向を「外方」とする。さらに、２次コイル４１が内方から外方に向けて巻回される方向を巻回方向とする。
　２次コイル４１は、第１及び第２の導電線を含む平面コイルである。第１及び第２の導電線は、長方形の断面を有する平角線４３Ａ，４３Ｂであり、平面コイルは、平角線４３Ａ，４３Ｂを並行に整列させてそれらの端部５１Ａと端部５１Ｂおよび端部６１Ａと端部６１Ｂとをそれぞれ互いに電気的に接続することにより得られた集合導電線４３を平面状に巻回することにより形成される。すなわち、２次コイル４１は、集合導電線４３が巻回されている第１のコイル５０と、この第１のコイル５０と直列に接続されるとともに第１のコイル５０に積層される第２のコイル６０と、第１のコイル５０と第２のコイル６０との境界に位置する連続部分４４とを有している。第１のコイル５０の巻回方向は、第２のコイル６０の巻回方向とは逆向きに設定されている。すなわち、２次コイル４１はいわゆるアルファ巻きにより形成される。
　連続部分４４は、平角線４３Ａの位置が、平角線４３Ｂの位置と、２次コイル４１の周方向に沿った集合導電線４３の途中箇所において入れ替わる折り返し部４４Ａを含む。第１のコイル５０に対応する部分の集合導電線４３において、平角線４３Ａは、平角線４３Ｂよりも中心線Ｃから離れて位置している。ここで、折り返し部４４Ａが形成されているため、第２のコイル６０に対応する部分の集合導電線４３においては、平角線４３Ａは、平角線４３Ｂよりも中心線Ｃの近くに位置する。
　図３を参照して、集合導電線４３の形状について詳細に説明する。
　集合導電線４３は、平角線４３Ａ，４３Ｂにより構成される。平角線４３Ａは、上面４６Ａおよび下面４７Ａを有し、平角線４３Ｂは、上面４６Ｂおよび下面４７Ｂを有する。平角線４３Ａ，４３Ｂとして、長方形の断面を有する銅線が用いられている。これら平角線４３Ａ，４３Ｂにおいて、その上面４６Ａ，４６Ｂ、下面４７Ａ，４７Ｂ、および側面がエナメル層（図示略）によって被覆されるとともに、さらにこのエナメル層は自己融着性を有する融着層（図示略）によって被覆されている。そのため、平角線４３Ａおよび平角線４３Ｂはこの融着層により自己融着されている。
　平角線４３Ａ，４３Ｂの上面４６Ａ，４６Ｂには、集合導電線４３の延伸方向に延びる複数の切り込み４５が形成されている。この切り込み４５は、相互に対向する切り込み面４８Ａ，４８Ｂを有し、この切り込み面４８Ａ，４８Ｂも、上面４６Ａ，４６Ｂと同様にエナメル層によって被覆されている。このため、切り込み面４８Ａと切り込み面４８Ｂとは電気的に絶縁されている。
　また、切り込み４５は、下面４７Ａ，４７Ｂにまで達していない。すなわち、切り込み４５は上面４６Ａ，４６Ｂおよび下面４７Ａ，４７Ｂを貫通していない。
　図４を参照して、集合導電線４３に発生する渦電流について説明する。
　図４（ａ）に示されるように、従来一般の平角線７１Ａ，７１Ｂにより構成される集合導電線７１の上面７２Ａ，７２Ｂおよび下面７３Ａ，７３Ｂには上述した切り込みは形成されていない。そのため、１次コイル３１に発生した磁束Ｂが集合導電線７１を通過することにより広範囲にわたり渦電流Ｗ１が発生する。
　その一方、図４（ｂ）に示されるように、１次コイル３１に発生した磁束Ｂが集合導電線４３を通過すると、渦電流Ｗ２が発生する。ここで、集合導電線４３には、切り込み４５が設けられているため、この切り込み４５を跨ぐ渦電流の発生が抑制され、渦電流Ｗ２が発生する部位が小さくなる。すなわち、集合導電線４３において渦電流Ｗ２の流れる部位の電気抵抗が大きくなるため、この渦電流Ｗ２は、図４（ａ）に示される切り込みが形成されていない集合導電線７１に発生する渦電流Ｗ１と比較して小さい。
　次に、図５を参照して、「比較コイル４１Ｘ」、すなわち、本実施形態の非接触式電力伝送装置の２次コイル４１から折り返し部４４Ａを省略することにより得られた２次コイルに発生する誘導電流について説明する。なお、以下の比較コイル４１Ｘの説明において、本実施形態の２次コイル４１と共通の構成要素については同一の符号を付している。また、比較コイル４１Ｘの構成を簡略化して説明を行うため、集合導電線４３のターン数を２ターンから１ターンに変更している。
　１次コイル３１に発生した磁束Ｂが比較コイル４１Ｘの中心付近を通過することにより、集合導電線４３には、電流ＩＡが流れる。その一方、１次コイル３１に発生した磁束Ｂｃが集合導電線４３の平角線４３Ａと平角線４３Ｂとの間を通過することにより、これら平角線４３Ａ，４３Ｂには誘導電流ｉａが流れる。この誘導電流ｉａは、第１のコイル５０および第２のコイル６０を周回するループ電流であり、電流ＩＡの流れを妨げる。その結果、こうしたループ電流の発生に起因する電力伝送損失の増大が避けられないものとなる。
　次に、図６を参照して、２次コイル４１に発生する誘導電流について説明する。なお、２次コイル４１の構成を簡略化して説明を行うため、図５と同様に集合導電線４３のターン数を２ターンから１ターンに変更している。
　１次コイル３１に発生した磁束Ｂが２次コイル４１の中心付近を通過することにより、集合導電線４３には、電流ＩＡが流れる。その一方、１次コイル３１からの磁束Ｂｃが集合導電線４３の平角線４３Ａと平角線４３Ｂとの間を通過することにより、これら平角線４３Ａ，４３Ｂには誘導電流ｉａが流れる可能性がある。
　ここで、第１のコイル５０に着目すると、誘導電流ｉａは連続部分４４の折り返し部４４Ａに向けて流れ、その一方、第２のコイル６０に着目すると、誘導電流ｉａは連続部分４４の折り返し部４４Ａに向けて流れようとする。すなわち、第１のコイル５０の誘導電流ｉａと第２のコイル６０の誘導電流ｉａの流れの向きが逆になるため、これらは相殺されることとなる。そのため、２次コイル４１においては、こうしたループ電流は発生しないか、比較コイル４１Ｘに流れるループ電流と比較して相対的に極めて小さなループ電流しか流れないこととなる。その結果、こうしたループ電流の発生に起因する電力伝送損失の増大を抑制することができ、２次電池２２に多くの電力を供給することができるようになる。
（実施形態の効果）
　本実施形態の非接触式電力伝送装置によれば以下の効果が得られる。
　（１）２次コイル４１は、平面状に巻回された第１および第２の導電線を備える平面コイルであり、第１および第２の導電線は、長方形の断面を有する平角線４３Ａ，４３Ｂであり、平角線４３Ａ，４３Ｂは、その上面４６Ａ，４６Ｂに形成され、平角線４３Ａ，４３Ｂの延伸方向に延びる複数の切り込み４５を含む。
　この構成によれば、第１および第２の導電線が平角線４３Ａ，４３Ｂであるため、例えば平面状に巻回された丸線を備える平面コイルと比較して導電線間に存在する隙間の面積が小さくなる。このため、平面コイルの断面積に占める導電線の断面積の割合、すなわち占積率を増加させることができ、２次コイル４１が発熱することを抑制することができる。
　また、平角線４３Ａ，４３Ｂを採用する平面コイルにあっては、磁束が導電線を通過する際に導電線に大きな渦電流が発生し易く、これが熱エネルギとして消費されることで渦電流損失が比較的大きくなる傾向がある。しかしながら、本実施形態では、平角線４３Ａ，４３Ｂの上面４６Ａ，４６Ｂに、平角線４３Ａ，４３Ｂの延伸方向に延びる複数の切り込み４５が形成されているので、これら切り込み４５を跨ぐ渦電流の発生が抑制され、渦電流の発生する部位が小さくなる。したがって、こうした切り込み４５を有していない平角線が用いられる場合と比較して、平角線に切り込み４５を形成することにより、渦電流の発生を抑制することができるようになり、上述したような渦電流損失の低減を図ることができる。
　さらに、切り込み４５が形成されていない部分によって平角線４３Ａ，４３Ｂの形状が維持されるため、例えば複数の丸線や角線を並列に巻回して２次コイル４１が形成される場合とは異なり、その形成時において平角線４３Ａ，４３Ｂが個々に分離して規則正しい整列巻きが得られなくなったり、角線を用いた場合における個々の導電線が捻れたりすることが防止されるため、２次コイル４１の高い生産性効率を維持することができる。
　（２）２次コイル４１において、並行に整列された平角線４３Ａ，４３Ｂを備える集合導電線４３が平面状に巻回されており、平角線４３Ａの端部５１Ａと、平角線４３Ｂの端部５１Ｂとが電気的に接続され、平角線４３Ａの端部６１Ａと、平角線４３Ｂの端部６１Ｂとが電気的に接続されている。したがって、２次コイル４１の厚みが増大することを抑えつつ、同２次コイル４１に必要とされる巻き数を確保することができる。
　（３）集合導電線４３は、端部５１Ａと端部５１Ｂとにおける平角線４３Ａの位置と平角線４３Ｂの位置とが、端部６１Ａと端部６１Ｂとにおいて入れ替わるように、平角線４３Ａの位置と平角線４３Ｂの位置とを２次コイル４１の周方向に沿った集合導電線４３の途中箇所で入れ替える折り返し部４４Ａを含む。端部５１Ａにおける平角線４３Ａは、端部５１Ｂにおける平角線４３Ｂよりも、中心線Ｃから離れて位置している。
　集合導電線４３を構成する平角線４３Ａおよび平角線４３Ｂの間を磁束が通過すると、この磁束により平角線４３Ａ，４３Ｂには誘導電流が発生し得る。この点、本実施形態によれば、集合導電線４３の端部５１Ａと端部５１Ｂとにおける平角線４３Ａの位置と平角線４３Ｂの位置とが、集合導電線４３の端部６１Ａと端部６１Ｂとにおいて入れ替わるため、２次コイル４１の平角線４３Ａ，４３Ｂを周回する誘導電流であるループ電流の発生、さらにはこうしたループ電流の発生に起因する電力伝送損失の増大を抑制することができるようになる。
　（４）２次コイル４１は、第１のコイル５０と、第１のコイル５０に直列に接続される第２のコイル６０とを含み、第１のコイル５０と第２のコイル６０とが積層されている。したがって、２次コイル４１の径方向の厚みが増大することを抑えつつ、２次コイル４１に必要とされる巻き数を確保することができる。
　（５）第１のコイル５０は、第２のコイル６０とは逆向きの巻回方向を有している。したがって、２次コイル４１は、集合導電線４３の巻回方法が通常とは異なる、いわゆるアルファ巻きにより形成されるため、集合導電線４３の端部５１Ａ，５１Ｂおよび６１Ａ，６１Ｂを２次コイル４１の内径部から引き出す必要がなくなる。したがって、このように平角線４３Ａ，４３Ｂの各端部５１Ａ，５１Ｂおよび端部６１Ａ，６１Ｂを２次コイル４１の内径部から引き出すことに起因して２次コイル４１の厚みが増大することを抑制することができる。
　（６）２次コイル４１には、漏れ磁束を低減するための磁性体４２が設けられている。したがって、２次コイルモジュール４０における漏れ磁束を低減することができ、こうした漏れ磁束の増大に伴う電力伝送効率の低下を抑制することができる。
　（その他の実施形態）
　本発明の実施態様は、上記実施形態の内容に限られるものではなく、例えば以下のように変更することもできる。また、以下の変形例は上記実施形態についてのみ適用されるものではなく、異なる変形例同士を互いに組み合わせて実施することもできる。
　・図７に示されるように、２次コイル４１において、第１のコイル５０と第２のコイル６０との境界部分である連続部分４４から折り返し部４４Ａを省略することができる。このとき、第１のコイル５０および第２のコイル６０両者の集合導電線４３において、平角線４３Ａは、平角線４３Ｂよりもコイル４１の中心から離れて位置する。こうした構成であっても、上記（１）、（２）および（４）～（６）に準じた効果を奏することができる。
　・平角線４３Ａ，４３Ｂを周回するループ電流を抑制するため、換言すれば、平角線４３Ａ，４３Ｂを流れる誘導電流を効果的に相殺するためには、上記実施形態のように、２次コイル４１を構成する集合導電線４３の中心に位置する連続部分４４で平角線４３Ａの位置と平角線４３Ｂの位置とを入れ替えることが好ましい。しかし、平角線４３Ａと平角線４３Ｂの位置は、第１のコイル５０または第２のコイル６０の途中箇所において入れ替えることもできる。
　・２次コイル４１は、単一の平角線４３Ａを平面状に巻回するとともに、平角線４３Ａを、２次コイル４１の周方向に沿った平角線４３Ａの途中箇所で折り返すことにより形成されてもよい。平角線４３Ａは、上面４６Ａに複数の切り込み４５を有し、集合導電線４３に準じた構成であるため、上記（３）に準じた効果を奏することができる。また、この場合には、複数の切り込み４５は、単一の平角線４３Ａの上面４６Ａおよび下面４７Ａのうち少なくとも一方に、平角線４３Ａの全周にわたり形成されていることが好ましい。なお、折り返すとは、平角線４３Ａの上面４６Ａと下面４７Ａとが入れ替えられるように折り返されることを意味する。
　・図８に示されるように、切り込み８１を有する１本の平角線８０を巻回することにより２次コイル９０を構成することができる。
　・図９に示されるように、切り込み１０３を有するとともに、並行する２本の平角線１０１Ａ，１０１Ｂにより構成される集合導電線１０１を巻回し、１層のみで２次コイル１１０を構成することができる。このときには、２次コイル１１０の周方向に沿った平角線１０１Ａ，１０１Ｂの中間部分１０２において、平角線１０１Ａの位置と平角線１０１Ｂの位置とが入れ替わる。こうした構成であっても、上述したようなループ電流の発生を抑制することができる。
　・図１０に示されるように、平角線１２１Ａと平角線１２１Ｂとにより構成される集合導電線１２１の上面１２２Ａ，１２２Ｂと下面１２３Ａ，１２３Ｂの両方に切り込み１２４を設けることができる。
　・図１１に示されるように、切り込み１３２を有する平角線１３１Ａと切り込み１３３を有する平角線１３１Ｂとを縦方向に並行して積層することにより得られた集合導電線１３１を巻回することにより２次コイルを形成することができる。
　・図１２に示されるように、切り込み１４２は、必ずしも平角線１４１の全周に渡って形成されている必要はない。すなわち、平角線の上面１４３および下面１４４の少なくとも一部に形成されていればよい。また、切り込み１４２は、平角線１４１が延びる方向と平行に形成されてなくてもよく、同方向と直交しない程度に同方向に対して所定角度傾斜して形成されていてもよい。
　・図１３に示されるように、切り込み１５２Ａを、平角線１５１の端部１５１Ａから端部１５１Ｂの手前まで形成するとともに、切り込み１５２Ｂを、平角線１５１の端部１５１Ｂから端部１５１Ａの手前まで形成することができる。
　・上記実施形態では、２次コイルモジュール４０の磁性体４２としてシート状の磁性体が用いられているが、１次コイルモジュール３０の磁性体３２と同じ形状の磁性体を用いることもできる。
　・平角線４３Ａ，４３Ｂはアルミ線またはプリント配線基板のアルミ箔パターンや銅箔パターンであってもよい。
　・集合導電線４３を構成する平角線の本数は３本以上とするこができる。
　・第１のコイル５０と第２のコイル６０の集合導電線４３の巻回方向をそれぞれ反対の方向に変更することもできる。
　・上記実施形態では、１次コイルモジュール３０から送信された電力および信号を２次コイルモジュール４０により受信する構成が用いられているが、これを次のように変更することもできる。すなわち、電力を受信するための第１の２次コイルモジュール４０Ａと、信号を受信するための第２の２次コイルモジュール４０Ｂとを設けることもできる。この場合、送電装置１０においては、第１および第２の２次コイルモジュール４０Ａ，４０Ｂにそれぞれ対応する第１および第２の１次コイルモジュール３０Ａ，３０Ｂが設けられる。
　・上記実施形態にて示された受電装置２０は、携帯電話の他、それ以外の携帯情報端末、ポータブルオーディオプレーヤー、ＩＣレコーダー、デジタルカメラ、電動歯ブラシ、およびシェーバー等々、非接触式電力伝送が行われる各種電気機器に用いることもできる。この場合には、送電装置１０の大きさがこれらの受電装置に対応した大きさに変更される。
 

Claims (11)

  1. 　平面コイルであって、
    　上面および下面を有し、平面状に巻回された少なくとも１つの導電線を備え、
    　前記少なくとも１つの導電線は、長方形の断面を有する平角線であり、
    　前記少なくとも１つの導電線は、前記上面および下面のうち少なくとも一方に形成され、かつ該少なくとも１つの導電線の延伸方向に延びる複数の切り込みを含む、平面コイル。
  2. 　請求項１に記載の平面コイルにおいて、
    　前記少なくとも１つの導電線は、第１の導電線であり、
    　前記平面コイルは、さらに、
    　上面および下面を有し、平面状に巻回された第２の導電線を備え、
    　前記第２の導電線は、長方形の断面を有する平角線であり、
    　前記第２の導電線は、前記上面および下面のうち少なくとも一方に形成され、かつ該第２の導電線の延伸方向に延びる複数の切り込みを含み、
    　前記第１及び第２の導電線は、集合導電線として、並行に整列され、かつ平面状に巻回されており、
    　前記第１及び第２の導電線は、それらの端部において、相互に電気的に接続されている、平面コイル。
  3. 　請求項２に記載の平面コイルにおいて、
    　前記集合導電線は、前記第１の導電線の位置と前記第２の導電線の位置とが、前記平面コイルの周方向に沿った集合導電線の途中箇所で入れ替わるよう巻回されている、平面コイル。
  4. 　請求項１に記載の平面コイルにおいて、
    　少なくとも１つの導電線は、単一の導電線であり、前記平面コイルの周方向に沿った前記導電線の途中箇所で折り返されている、平面コイル。
  5. 　請求項１～４のいずれか一項に記載の平面コイルにおいて、
    　前記平面コイルは、第１のコイルと、第１のコイルに直列に接続される第２のコイルとを含み、前記第１のコイルと前記第２のコイルとが積層されている、平面コイル。
  6. 　請求項５に記載の平面コイルにおいて、
    　前記第１のコイルは、前記第２のコイルの巻回方向とは逆向きの巻回方向に沿って形成されている、平面コイル。
  7. 　請求項１または４に記載の平面コイルにおいて、
    　前記少なくとも１つの導電線は、
    　第１のコイルとして形成された第１の部分と、
    　第２のコイルとして形成された第２の部分と
    　を含み、前記第１のコイルと前記第２のコイルとが積層されている、平面コイル。
  8. 　請求項２または３に記載の平面コイルにおいて、
    　前記集合導電線は、
    　第１のコイルとして形成された第１の部分と、
    　第２のコイルとして形成された第２の部分と
    　を含み、前記第１のコイルと前記第２のコイルとが積層されている、平面コイル。
  9. 　コイルモジュールであって、
    　請求項１～８のいずれか一項に記載の平面コイルと、
    　前記上面および前記下面の少なくとも一方に設けられた、漏れ磁束を低減するための磁性体と
    　を備えるコイルモジュール。
  10. 　送電装置から伝送される電力を受電コイルモジュールにより受ける非接触式電力伝送装置の受電装置であって、
    　前記受電コイルモジュールとして用いられる請求項９に記載のコイルモジュール
    　を備える非接触式電力伝送装置の受電装置。
  11. 　非接触式電力伝送装置であって、
    　送電装置と、
    　請求項１０に記載の受電装置と
    　を備える、非接触式電力伝送装置。
     
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