(57)【要約】【課題】インダクタンスの管理をしながらコイルの余長を吸収できる余長吸収装置及びコイルユニットを提供する。【解決手段】余長吸収装置６が、磁界共鳴により非接触給電を行う一対の共鳴コイル４、７の一方である１次共鳴コイル４の余長を吸収する。この余長吸収装置６の第２フック６２が、１次共鳴コイル４の余長部分を引っ掛けて、１次共鳴コイル４の余長部分をＵ字状に保持し、保持部６３が、第２フック６２をスライド自在に保持する。【選択図】図１
2014212153.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルの余長部分を引っ掛けて、前記コイルの余長部分をＵ字状に保持するフックと、
前記フックの位置を変更可能に保持する保持部と、
を備えたことを特徴とする余長吸収装置。
【請求項２】
磁界共鳴により非接触給電を行う一対の共鳴コイル、前記一対の共鳴コイルの給電側に電源を供給する、又は、前記一対の共鳴コイルの受電側から電源が供給される電磁誘導コイルの少なくとも何れか１つを構成するコイルを備えたコイルユニットにおいて、
前記コイルの余長を吸収する請求項１に記載の余長吸収装置を備えたことを特徴とするコイルユニット。
【請求項３】
前記コイルの巻数を調整する巻数調整機構をさらに備えた
ことを特徴とする請求項２に記載のコイルユニット。
【請求項４】
前記コイルが巻回又は搭載される基台をさらに備え、
前記巻数調整機構は、前記コイルの一部を巻き戻して設けたターンバック部から構成され、
前記基台には、前記コイルを引っ掛けてターンバック部を形成するためのガイド部が複数設けられている
ことを特徴とする請求項３に記載のコイルユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、余長吸収装置及びコイルユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ハイブリッド自動車や電気自動車などに搭載されたバッテリに供給する給電システムとして、電源コードや送電ケーブルを用いないワイヤレス給電が注目されている。このワイヤレス給電技術の一つとして共鳴式のものが知られている（特許文献１）。
【０００３】
共鳴式の給電システムは、互いに離間して配置される給電側共振回路と、受電側共振回路と、から構成されている。この給電側共振回路及び受電側共振回路は各々、共鳴コイルと、この共鳴コイルに接続されたコンデンサと、から構成されている。
【０００４】
これら給電側、受電側共振回路の共振周波数ｆは、共鳴コイルのインダクタンスをＬ、コンデンサの容量をＣとする下記の式（１）で表される。
ｆ＝１／（２πｓｑｒｔ（ＬＣ））  …（１）
上記給電側共振回路と受電側共振回路とを共振させることにより、非接触で給電側から受電側に電力電伝送を実現している。
【０００５】
しかしながら、上述した給電システムは、コンデンサの容量Ｃや共鳴コイルのインダクタンスＬの製造ばらつきに起因して、共振周波数ｆが目標からずれる恐れがあった。このように共振周波数ｆが目標からずれると、伝送効率の低下が生じてしまう。図４にコンデンサの容量Ｃに０％〜±１０％のばらつきが生じたときの給電システムの伝送効率を示す。
【０００６】
同図に示すように、コンデンサの容量Ｃが目標容量であれば、伝送効率を約９７．８％にすることができる。しかしながら、コンデンサの容量Ｃが目標容量から離れるに従って、伝送効率は低下し、−１０％の誤差が生じると、伝送効率が９４．３％まで減少してしまう。
【０００７】
そこで、共鳴コイルの巻数を調整して、コンデンサの容量Ｃにばらつきが生じても共振周波数ｆを目標とすることが考えられる。しかしながら、巻数を調整できるようにするためには、共鳴コイルに余長を持たせる必要がある。この余長が自由に形を変えられる状態であると、余長部分の形状に応じて浮遊インダクタンスが生じることがある。これにより、共鳴コイルの巻数を調整しても、その後、余長の形状が変わり、浮遊インダクタンスが生じたり、その値が変動することにより、再び共振周波数ｆが目標からずれてしまう、という問題が生じている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表２００９−５０１５１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明は、インダクタンスの管理をしながらコイルの余長を吸収できる余長吸収装置及びコイルユニットを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決するための請求項１記載の発明は、コイルの余長部分を引っ掛けて、前記コイルの余長部分をＵ字状に保持するフックと、前記フックの位置を変更可能に保持する保持部と、を備えたことを特徴とする余長吸収装置に存する。
【００１１】
請求項２記載の発明は、磁界共鳴により非接触給電を行う一対の共鳴コイル、前記一対の共鳴コイルの給電側に電源を供給する、又は、前記一対の共鳴コイルの受電側から電源が供給される電磁誘導コイルの少なくとも何れか１つを構成するコイルを備えたコイルユニットにおいて、前記コイルの余長を吸収する請求項１に記載の余長吸収装置を備えたことを特徴とするコイルユニットに存する。
【００１２】
請求項３記載の発明は、前記コイルの巻数を調整する巻数調整機構をさらに備えたことを特徴とする請求項２に記載のコイルユニットに存する。
【００１３】
請求項４記載の発明は、前記コイルが巻回又は搭載される基台をさらに備え、前記巻数調整機構は、前記コイルの一部を巻き戻して設けたターンバック部から構成され、前記基台には、前記コイルを引っ掛けてターンバック部を形成するためのガイド部が複数設けられていることを特徴とする請求項３に記載のコイルユニットに存する。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように請求項１及び２記載の発明によれば、余長吸収装置により、余長部分がＵ字状に保持されるため、フックまでの部分とフックからＵターンする部分とから発生する磁束が打ち消しあうため、余長部分に浮遊インダクタンスが生じることがない。また、保持部がフックをスライド自在に保持することにより、余長部分の長さに応じた位置にフックを設けることができる。よって、浮遊インダクタンスが発生しないようにコイルの余長を吸収することができる。
【００１５】
請求項３記載の発明によれば、巻数調整機構によりコイルの巻数を調整してインピーダンスを調整することができる。これにより、可変コンデンサに頼ることなく、インピーダンス調整を行うことができ、高効率で非接触給電を行うことができる。
【００１６】
請求項４記載の発明によれば、ガイド部を設けることにより、ターンバック部の形状を保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の余長吸収装置及びコイルユニットを組み込んだ給電システムを示す図である。
【図２】コンデンサの容量に０％〜±１０％のばらつきが生じたとき、ばらつきに応じて図１に示す給電システムの１次共鳴コイルの巻数を調整したときの伝送効率を示すグラフである。
【図３】本発明の余長吸収装置及びコイルユニットを組み込んだ給電システムの他の実施形態を示す図である。
【図４】コンデンサの容量に０％〜±１０％のばらつきが生じたときの従来の給電システムの伝送効率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の余長吸収装置及びコイルユニットを組み込んだ給電システムについて図１を参照して説明する。同図に示すように、給電システム１は、交流電源が設けられた電源供給設備の地面などに搭載され、交流電源（図示せず）からの電源を非接触で給電する１次コイルユニット２と、車両に搭載され、１次コイルユニット２から非接触で受電する２次コイルユニット３と、を備えている。
【００１９】
１次コイルユニット２は、交流電源に接続された１次共鳴コイル４と、１次共鳴コイル４が巻回される基台としての１次コア５と、１次共鳴コイル４に接続された共鳴周波数調整用の１次コンデンサ（図示せず）と、１次共鳴コイル４の余長を吸収する余長吸収装置６と、を備えている。この１次共鳴コイルが請求項中の共鳴コイルに相当する。
【００２０】
２次コイルユニット３は、１次共鳴コイル４と磁界共鳴する２次共鳴コイル７と、２次共鳴コイル７が巻回される基台としての２次コア８と、２次共鳴コイル７に接続された共鳴周波数調整用の２次コンデンサ（図示せず）と、を有している。
【００２１】
上記１次、２次共鳴コイル４、７はそれぞれ、平板状の１次、２次コア５、８に螺旋状に巻かれている。１次、２次コア５、８は、互いに平行に並べて配置される。このため、１次、２次共鳴コイル４、７は、その軸が１次コイルユニット２と２次コイルユニット３との対向方向と直交する方向、即ち水平方向に沿って配置される。
【００２２】
上述した給電システム１によれば、１次共鳴コイル４に交流電源からの電力が供給されると、１次共鳴コイル４及び２次共鳴コイル７が磁界共鳴して、１次共鳴コイル４から２次共鳴コイル７に電力がワイヤレスで送られる。２次共鳴コイル７に電力が送られると、その電力がバッテリなどの負荷に供給される。
【００２３】
また、上記１次コア５には、１次共鳴コイル４を引っ掛けて巻数調整機構としてのターンバック部Ｔを形成するためのガイド部５１Ａ及び５１Ｂが複数設けられている。複数のガイド部５１Ａ及び５１Ｂは、１次コア５から突出した円柱状に設けられている。ガイド部５１Ａは、他の複数のガイド部５１Ｂよりも１次共鳴コイル４の中心側に設けられている。このガイド部５１Ａに１次共鳴コイル４が引っ掛けられて、１次共鳴コイル４の一部が巻き戻されている。
【００２４】
残りの複数のガイド部５１Ｂは、巻回方向に沿って一列に並べられ、この複数のガイド部５１Ｂに引っ掛けられて、９０度曲げられ、ターンバック部Ｔから離される。この引っ掛けるガイド部５１Ａを変更することにより、ターンバック部Ｔの長さを調整することができる。
【００２５】
このターンバック部Ｔは、互いに隣り合う巻回方向に沿った部分と巻き戻し方向に沿った部分とから発生する磁束が互いに打ち消し合うため、コイルとしての機能に寄与しない。よって、ターンバック部Ｔを増やすと、１次共鳴コイル４の巻数を減らすことができる。これに対して、ターンバック部Ｔを減らと、１次共鳴コイル４の巻数を増やすことができる。
【００２６】
１次、２次共鳴コイル４、７間の共振周波数ｆは、例えば１次、２次コンデンサの容量ばらつきなどに起因して、目標周波数からズレる恐れがある。本実施例では、ターンバック部Ｔの長さを調整して、１次共鳴コイル４の巻き数を変えることにより、共振周波数ｆのズレをなくして目標周波数に調整している。
【００２７】
図２に、１次、２次コンデンサの容量に０％〜±１０％のばらつきが生じたとき、ばらつきに応じて図１に示す給電システムの１次共鳴コイル４の巻数を調整したときの伝送効率を示す。図２と図４とを比較しても明らかなように、従来では−１０％の誤差が生じると、伝送効率が９４．３％まで減少していたが、本実施形態では−１０％の誤差が生じても、伝送効率をほぼ９７％と高い値に維持できることが分かる。なお、共振周波数ｆのズレは、１次、２次コンデンサの容量のばらつきだけでなく、１次、２次コイルユニット２、３間の距離のばらつきや、１次、２次共鳴コイル４、７の製造ばらつきに起因しても生じる。
【００２８】
上述したようにターンバック部Ｔの長さを調整するために、１次共鳴コイル４と、この１次共鳴コイル４の端末に設けた端子金具（図示せず）の接続位置と、の間にはある程度余長を持たせている。余長吸収装置６は、この１次共鳴コイル４の余長部分を吸収するものであり、第１フック６１と、１次共鳴コイル４の余長部分を引っ掛けて、１次共鳴コイル４の余長部分をＵ字状に保持するフックとしての第２フック６２と、第２フック６２の位置を変更可能に保持する保持部６３と、を備えている。
【００２９】
第１フック６１は、例えば円柱状に設けられている。第１フック６１は、１次コア５の近傍に固定されていて、１次共鳴コイル４を第１フック６１に引っ掛けることにより、１次共鳴コイル４の端部を９０度曲げて、１次共鳴コイル４の軸方向に沿わしている。
【００３０】
第２フック６２は、フック本体６２ａと、固定部６２ｂと、を備えている。フック本体６２ａは、略円柱状に設けられていて、第１フック６１により軸方向に沿った１次共鳴コイル４が引っ掛けられる。フック本体６２ａに引っ掛けられた１次共鳴コイル４は、再び第１フック６１に向かって戻される。固定部６２ｂは、フック本体６２ａに取り付けられ、上記保持部６３に向かって延在する板状に形成されている。
【００３１】
保持部６３は、軸方向に沿って設けられ、互いに平行に一対並べて配置されている。一対の保持部６３は、互いの間にフック本体６２ａを位置付けられ、固定部６２ｂが搭載される。この保持部６３には、軸方向に沿って複数のネジ孔６３ａが設けられている。固定部６２ｂにもネジ孔６２ｂ１設けられ、保持部６３に設けられた複数のネジ孔６３ａの１つに固定部６２ｂに設けられたネジ孔６２ｂ１を重ねてネジにより締結する。固定部６２ｂに設けた複数のネジ孔６３ａの１つを選択することにより、第２フック６２は軸方向に沿ってその位置が変更可能に保持される。
【００３２】
上述した余長吸収装置６により、余長部分がＵ字状に保持されるため、第１フック６１から第２フック６２までの部分と第２フック６２からＵターンする部分とから発生する磁束が打ち消しあうため、余長部分に浮遊インダクタンスが生じることがない。また、保持部６３は、第２フック６２を軸方向に沿ってその位置が変更可能に保持している。これにより、ターンバック部Ｔの長さ調整により余長部分の長さが変わってもその余長部分の長さに応じた位置に第２フック６２を設けることができる。よって、浮遊インダクタンスが発生しないように１次共鳴コイル４の余長を吸収することができる。
【００３３】
上述した実施形態によれば、ターンバック部Ｔを設けることにより、１次共鳴コイル４の巻数を調整してインピーダンスを調整することができる。これにより、可変コンデンサに頼ることなく、インピーダンス調整を行うことができ、高効率で非接触給電を行うことができる。しかも、ターンバック部Ｔを形成するガイド部５１Ａ及び５１Ｂを設けることにより、ターンバック部Ｔの形状を容易に保持することができる。
【００３４】
なお、上述した実施形態によれば、保持部６３は１次共鳴コイル４の軸方向に沿って設けられ、第２フック６２を軸方向に沿ってその位置が変更できるように保持していたが、これに限ったものではない。保持部６３は、Ｕ字状に保持された余長部分の長さを調整できるようにすればよく、例えば巻回方向に沿って設けられていてもよい。
【００３５】
また、上述した実施形態によれば、複数のガイド部５１Ａ及び５１Ｂは、１次コア５に凸状に設けていたが、これに限ったものではない。例えば、１次コア５に設けた長さが異なるＵ字状の複数の溝をガイド部とし、このＵ時状の溝に１次共鳴コイル４を嵌め込むことにより、ターンバック部Ｔを形成するようにしてもよい。
【００３６】
また、上述した実施形態によれば、第１フック６１や第２フック６２は円柱状に設けられていたが、これに限ったものではない。第１フック６１、第２フック６２は１次共鳴コイル４を引っ掛けられるものであればよく、例えば鉤状に設けられていてもよい。
【００３７】
また、上述した実施形態によれば、ターンバック部Ｔを１次共鳴コイル４に設けられ、１次コイルユニット２に余長吸収装置６を設けていたが、本発明はこれに限ったものではない。２次共鳴コイル７にもターンバック部Ｔを設ける場合には、２次コイルユニット３にも余長吸収装置を設けてもよい。
【００３８】
また、上述した実施形態によれば、１次コア５には複数のガイド部５１Ｂを並べて設けていたが、これに限ったものではない。例えば、１つのガイド部５１Ｂを設け、そのガイド部５１Ｂを移動可能に設け、ガイド部５１Ｂの位置を調整することによりターンバック部Ｔの長さを調整するようにしてもよい。
【００３９】
また、上述した実施形態によれば、１次、２次共鳴コイル４、７は、１次コア５、２次コア８に螺旋状に巻回されていたが、１次、２次共鳴コイル４、７の形状はこれに限ったものではない。１次、２次共鳴コイル４、７の形状としては、スパイラル状に巻回させてもよい。
【００４０】
また、上述した実施形態によれば、１次、２次共鳴コイル４、７の軸が、水平方向に沿って配置されていたが、これに限ったものではない。１次、２次共鳴コイル４、７が同軸上に配置されるようにしてもよい。
【００４１】
また、上述した実施形態によれば、巻数調整機構としてターンバック部Ｔを設けた場合について説明していたが、これに限ったものではない。例えば、図３に示すように巻数調整機構としてのウエッジＷにより巻数を調整しているものに、余長吸収装置を設けてもよい。
【００４２】
ウエッジＷは、１次コア５に搭載され、略箱型に設けられている。ウエッジＷは、１次共鳴コイル４の巻回方向に長尺状に設けられている。このウエッジＷには、１次共鳴コイル４の一端部に向かうにしたがって高くなる傾斜面Ｗ１が設けられている。この傾斜面Ｗ１には、１次共鳴コイル４の一端部を収容する線状収容溝Ｗ２が設けられ、その線状収容溝Ｗ２内に１次共鳴コイル４の一端部が収容されている。
【００４３】
このウエッジＷに搭載された部分の１次共鳴コイル４の一端部は、他の部分と離間される。このため、１次共鳴コイル４のウエッジＷに搭載された部分は、コイルとしての機能に寄与しない。よって、ウエッジＷを１次共鳴コイル４の一端部から離れた側に移動させると、ウエッジＷに搭載される１次共鳴コイル４の端部長が増えて、１次共鳴コイル４の巻数を減らすことができる。このとき、１次共鳴コイル４の余長部分は短くなる。
【００４４】
これに対して、ウエッジＷを１次共鳴コイル４の一端部に向かって移動させると、ウエッジＷに搭載される１次共鳴コイル４の端部長が減って、１次共鳴コイル４の巻数を増やすことができる。このとき、１次共鳴コイル４の余長部分は長くなる。
【００４５】
上述したようにウエッジＷによる巻数調整であって、余長部分の長さが変わるため、その余長部分の長さに応じた位置に第２フック６２を配置することにより、浮遊インダクタンスが発生しないように１次共鳴コイル４の余長を吸収することができる。
【００４６】
また、上述した実施形態によれば、余長吸収装置６は、共鳴コイル４、７の余長を吸収するために設けられていたが、これに限ったものではない。例えば、１次共鳴コイル４が直接、交流電源に接続されておらず、１次電磁誘導コイルとの電磁誘導により交流電源からの電源供給を受けている場合、１次電磁誘導コイルの余長を吸収するために設けてもよい。
【００４７】
また、２次共鳴コイル７が、直接、バッテリなどの負荷に接続されておらず、２次電磁誘導コイルとの電磁誘導により負荷に電源を供給する場合、２次電磁誘導コイルの余長を給するするために設けてもよい。この１次、２次電磁誘導コイルには、インピーダンス調整用にターンバック部ＴやウエッジＷが設けられる場合がある。
【００４８】
また、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【符号の説明】
【００４９】
２  １次コイルユニット（コイルユニット）
３  ２次コイルユニット（コイルユニット）
４  １次共鳴コイル（共鳴コイル）
５  １次コア（基台）
７  ２次共鳴コイル（共鳴コイル）
８  ２次コア（基台）
６  余長吸収装置
５１Ａ  ガイド部
５１Ｂ  ガイド部
６２  第２フック（フック）
６３  保持部
Ｔ  ターンバック部（巻数調整機構）
Ｗ  ウエッジ（巻数調整機構）
【図１】
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【図２】
2014212153.tif 000004
【図３】
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【図４】
2014212153.tif 000006