(57)【要約】【課題】給電効率を高めることが可能なコイルを有する無接点給電装置を提供する。【解決手段】無接点給電装置１は、円柱状の蓄電池と、蓄電池の外周面にリサージュ形状で線材２４を巻いて形成され、蓄電池の端子電極に電気的に接続されるコイル２２と、を備え、コイル２２の半径をｒ、所定の整数をn、蓄電池の外周面における所定の巻始め位置から蓄電池の外周面に沿って所定の方向に線材２４を巻いた時のコイル２２の軸方向視における巻始め位置から所定の方向側への周方向に沿った角度をθとした場合に、リサージュ形状が以下の関係を具備するように構成されている。  ｘ＝ｒ×ｓｉｎ（θ）  ｙ＝ｒ×ｃｏｓ（θ）  ｚ＝ｎ×ｓｉｎ（θ）＋ｎ×θ【選択図】図２
2018164381.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱状の蓄電池と、
前記蓄電池の外周面にリサージュ形状で線材を巻いて形成され、前記蓄電池の端子電極に電気的に接続されるコイルと、を備え、
前記コイルの半径をｒ、所定の整数をn、前記蓄電池の外周面における所定の巻始め位置から前記蓄電池の外周面に沿って所定の方向に前記線材を巻いた時の前記コイルの軸方向視における前記巻始め位置から前記所定の方向側への周方向に沿った角度をθとした場合に、前記リサージュ形状が、
ｘ＝ｒ×ｓｉｎ（θ）
ｙ＝ｒ×ｃｏｓ（θ）
ｚ＝ｎ×ｓｉｎ（θ）＋ｎ×θ
の関係を具備するように構成されている無接点給電装置。
【請求項２】
前記コイルが、第１のコイルと第２のコイルとから構成され、
前記第１のコイルと前記第２のコイルとの間で位相差を有する請求項１に記載の無接点給電装置。
【請求項３】
前記第１のコイルのリサージュ形状を規定する式のθをθ１とし、前記第２のコイルのリサージュ形状を規定する式のθをθ２とした場合に、
θ２≠θ１＋１８０度
の関係を具備するように構成される請求項２に記載の無接点給電装置。
【請求項４】
前記蓄電池の外周面に、前記コイルの線材を嵌め込む溝部が形成されたケースが設けられている請求項１から３のいずれか一項に記載の無接点給電装置。
【請求項５】
前記ケースが軟磁性材料を含有する樹脂で形成されている請求項４に記載の無接点給電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無接点給電方式にて蓄電池に給電する無接点給電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、端末に内蔵される蓄電池に、端末と充電台とを端子で接続することなく給電する無接点給電（非接触給電）方式が利用されている。このような無接点給電方式では、例えば端末側に二次コイルが備えられ、充電台側に一次コイルが備えられる。充電台から端末に給電する場合には、一次コイルと二次コイルとが対向するように充電台と端末とを配置する。この状態で、一次コイルに電流を供給して当該一次コイルに磁束を発生させ、当該磁束により二次コイルに電磁誘導による起電力を生じさせて蓄電池に給電する。このような無接点給電に関する技術として例えば特許文献１に記載のものがある。
【０００３】
特許文献１には、受電コイル（上記「二次コイル」に相当）と送電コイル（上記「一次コイル」に相当）との位置関係を緩和することが可能な充電池が記載されている。この充電池は、円筒状の電池本体の外周側面に受電コイルが形成されている。この受電コイルの線材は、電池本体の外周側面が露出するように隙間を開けつつ、螺旋状に巻かれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１４／１８１４６２号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の受電コイルは、特許文献１の図１２に示されるように充電池の軸方向に沿って互いに隣接する線材が離間した状態で巻かれ（疎の状態で巻かれている）、充電池の径方向に沿って線材が配置されている。このため、受電コイルにおいて充電池の径方向に沿って配置された線材が、給電コイルと直交する状態となることから、受電コイルに生じる起電力が、受電コイルの軸方向に沿って互いに隣接する線材が離間しない状態で巻かれた受電コイルの起電力に比べて小さくなってしまい、給電効率が悪化する可能性がある。
【０００６】
そこで、給電効率を高めることが可能なコイル（二次コイル）を有する無接点給電装置が求められる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る無接点給電装置の特徴構成は、
円柱状の蓄電池と、
前記蓄電池の外周面にリサージュ形状で線材を巻いて形成され、前記蓄電池の端子電極に電気的に接続されるコイルと、を備え、
前記コイルの半径をｒ、所定の整数をn、前記蓄電池の外周面における所定の巻始め位置から前記蓄電池の外周面に沿って所定の方向に前記線材を巻いた時の前記コイルの軸方向視における前記巻始め位置から前記所定の方向側への周方向に沿った角度をθとした場合に、前記リサージュ形状が、
ｘ＝ｒ×ｓｉｎ（θ）
ｙ＝ｒ×ｃｏｓ（θ）
ｚ＝ｎ×ｓｉｎ（θ）＋ｎ×θ
の関係を具備するように構成されている点にある。
【０００８】
このような特徴構成とすれば、コイルが、無接点給電における電力供給元の送電コイル（一次コイル）に対して直交し難くできるので、安定、且つ効率良く給電を行うことが可能となる。また、コイルの形状をリサージュ形状とすることにより、Ｎｕｌｌ点を発生し難くすることができるので、給電効率の悪化を抑制することが可能となる。
【０００９】
また、前記コイルが、第１のコイルと第２のコイルとから構成され、前記第１のコイルと前記第２のコイルとの間で位相差を有すると好適である。
【００１０】
このような構成とすれば、複数のコイルを設けることにより、更にＮｕｌｌ点の発生を抑制できる。したがって、より効率良く給電することが可能となる。また、例えば第１のコイルが第２のコイルよりも疎の状態となるように線材を巻き、第２のコイルが第１のコイルよりも密の状態となるように線材を巻くことにより、第１のコイルで誘導電流を誘起させ、第２のコイルで起電力を高めることが可能となる。
【００１１】
また、前記第１のコイルのリサージュ形状を規定する式のθをθ１とし、前記第２のコイルのリサージュ形状を規定する式のθをθ２とした場合に、
θ２≠θ１＋１８０度
の関係を具備するように構成されると好適である。
【００１２】
このような構成とすれば、第１のコイル及び第２のコイルの夫々のＮｕｌｌ点を重ならないように構成することが可能となる。したがって、より給電効率を高めることが可能となる。
【００１３】
また、前記蓄電池の外周面に、前記コイルの線材を嵌め込む溝部が形成されたケースが設けられていると好適である。
【００１４】
このような構成とすれば、線材が所期の位置からずれないように配置することが可能となる。したがって、リサージュ形状を維持することが可能となる。
【００１５】
また、前記ケースが軟磁性材料を含有する樹脂で形成されていると好適である。
【００１６】
このような構成とすれば、蓄電池を磁束から保護することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】無接点給電装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】第１の実施形態の無接点給電装置が備えるコイルを示す図である。
【図３】ｒ及びθの説明図である。
【図４】第１の実施形態の無接点給電装置が備えるケースを示す図である。
【図５】第２の実施形態の無接点給電装置が備えるコイルを示す図である。
【図６】第２の実施形態の無接点給電装置が備えるケースを示す図である。
【図７】その他の実施形態に係る無接点給電装置の構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
１．第１の実施形態
本発明に係る無接点給電装置は、給電効率を高めることが可能なコイルを備えて構成される。以下、第１の実施形態に係る無接点給電装置１について説明する。
【００１９】
図１には、無接点給電装置１を模式的に示した図が示される。無接点給電装置１は、一次コイルモジュール１０、及び二次コイルモジュール２０を備えている。一次コイルモジュール１０は、充電台側ユニットに設けられ、一次コイル１１を有する。一次コイル１１は、コア１２の円柱状部１３に巻線１４を巻いて構成される。このような一次コイル１１に通電した場合には、円柱状部１３の軸方向に沿って磁束が生じる。
【００２０】
二次コイルモジュール２０は、蓄電池２１と二次コイル２２（本願「コイル」に相当）とを有する。蓄電池２１は、円柱状に構成される。蓄電池２１の外周面には、ケース２３が設けられる。このケース２３は、軟磁性材料を含有する樹脂を用いて形成される。二次コイル２２は、蓄電池２１の外周面、すなわちケース２３の外周面に線材２４を巻いて形成され、蓄電池２１の端子電極に電気的に接続される。このように構成した二次コイルモジュール２０を一次コイルモジュール１０に近づけることにより、円柱状部１３の軸方向に沿って生じた磁束に基づいて二次コイル２２に起電力を生じさせ、この起電力を用いて蓄電池２１に給電することが可能となる。
【００２１】
図２には、二次コイル２２を拡大した図が示される。二次コイル２２は、図２に示されるように、リサージュ形状で線材２４をケース２３の外周面に巻いて形成される。
【００２２】
この時、リサージュ形状は下記の（１）式−（３）式の関係を具備するように構成される。
ｘ＝ｒ×ｓｉｎ（θ）  ・・・（１）
ｙ＝ｒ×ｃｏｎ（θ）  ・・・（２）
ｚ＝ｎ×ｓｉｎ（θ）＋ｎ×θ  ・・・（３）
【００２３】
ここで、ｒは二次コイル２２の半径であり、ｎは所定の整数である。なお、本実施形態では、二次コイル２２の半径とは二次コイル２２の径方向中心部からケース２３の外周面に巻かれた線材２４の径方向中心部までの長さを言い、所定の整数とは二次コイル２２の巻き数に相当する値である。また、θは蓄電池２１の外周面における所定の巻始め位置から蓄電池２１の外周面に沿って所定の方向に線材２４を巻いた時の二次コイル２２の軸方向視における巻始め位置から所定の方向側への周方向に沿った角度である。
【００２４】
図３には、図２のＺ方向視の軸方向断面が示される。二次コイル２２の径方向中心部は符号Ｘを付して示され、線材２４の径方向中心部には符号Ｙを付して示される。したがって、二次コイル２２の半径とは、符号ｒを付して示されるＸからＹまでの距離が相当する。また、線材２４の巻始め位置をＡとし、現在の巻位置をＢとすると、線分ＡＸと線分ＢＸとのなす角がθに相当する。
【００２５】
このように二次コイル２２を構成することにより、安定、且つ、効率良く蓄電池２１に給電することが可能となる。また、例えば自由空間に２つのコイルを略同一平面上であって、且つ、互いに一部が重なるように配置すると、互いの鎖交磁束が打ち消し合って２つのコイル間の電力伝送量がゼロになる点がある。このような点はＮｕｌｌ点と称されるが、二次コイル２２は上述したようにリサージュ形状で構成されるので、このようなＮｕｌｌ点を生じ難くすることができる。したがって、給電効率の悪化を抑制できる。
【００２６】
また、図４に示されるように、ケース２３には、二次コイル２２の線材２４を嵌め込む溝部２５を形成すると好適である。このような溝部２５をケース２３に形成し、線材２４を嵌め込みながらケース２３に巻き付けることにより、線材２４の位置ずれを抑制することができ（リサージュ形状を維持することができ）、電気的特性を所期の特性に維持することが可能となる。
【００２７】
２．第２の実施形態
次に、第２の実施形態の無接点給電装置１について説明する。第１の実施形態に係る無接点給電装置１が備える二次コイル２２は１つであったが、本実施形態の無接点給電装置１は二次コイル２２（本願「コイル」に相当）を複数備えている点で上記第１の実施形態と異なる。以下では主に第１の実施形態と異なる点を中心に第２の実施形態の無接点給電装置１について説明する。
【００２８】
図５には、本実施形態の二次コイル２２を拡大した図が示される。本実施形態では、二次コイル２２は、第１の二次コイル３１と第２の二次コイル３２とから構成される。第１の二次コイル３１と第２の二次コイル３２とは、夫々、電気的に独立してリサージュ形状で線材２４をケース２３の外周面に巻いて形成される。すなわち、第１の二次コイル３１と第２の二次コイル３２とは、直列に接続されてない状態で設けられる。したがって、無接点給電装置１は、２つの二次コイル２２を備えて構成される。
【００２９】
第１の二次コイル３１と第２の二次コイル３２とは、第１の二次コイル３１と第２の二次コイル３２との間で位相差を有するように構成される。このように構成することで、より効率良く給電を行うことが可能となる。
【００３０】
また、上述したように第１の二次コイル３１及び第２の二次コイル３２は上記第１の実施形態で示した（１）式−（３）式を具備するように構成されるが、第１の二次コイル３１のリサージュ形状を規定する式のθをθ１とし、第２の二次コイル３２のリサージュ形状を規定する式のθをθ２とした場合に、θ２≠θ１＋１８０度の関係を具備するように構成すると好適である。このように構成することで、第１の二次コイル３１及び第２の二次コイル３２の双方のＮｕｌｌ点が重ならないように構成することが可能となる。
【００３１】
更に図６に示されるように、本実施形態の無接点給電装置１が有するケース２３も、上記第１の実施形態の無接点給電装置１が有するケース２３と同様に、外周面に線材２４を嵌め込むことができるように溝部２５を形成しておくと好適である。
【００３２】
３．その他の実施形態
上記実施形態では、リサージュ形状は下記の（１）式−（３）式の関係を具備するように構成されるとして説明した。
ｘ＝ｒ×ｓｉｎ（θ）  ・・・（１）
ｙ＝ｒ×ｃｏｎ（θ）  ・・・（２）
ｚ＝ｎ×ｓｉｎ（θ）＋ｎ×θ  ・・・（３）
しかしながら、リサージュ形状は下記の関係を具備するように構成することも可能である。
ｘ＝ｒ×ｃｏｓ（θ）
ｙ＝ｒ×ｓｉｎ（θ）
ｚ＝ｎ×ｃｏｓ（θ）＋ｎ×θ
【００３３】
上記実施形態では、第１の二次コイル３１のリサージュ形状を規定する式のθをθ１とし、第２の二次コイル３２のリサージュ形状を規定する式のθをθ２とした場合に、θ２≠θ１＋１８０度の関係を具備するように構成されるとして説明したが、θ２＝θ１＋１８０度の関係となるように構成することも可能である。
【００３４】
上記実施形態では、蓄電池２１の外周面に、二次コイル２２の線材２４を嵌め込む溝部２５が形成されたケース２３が設けられているとして説明したが、溝部２５が形成されていないケース２３を設けることも可能である。
【００３５】
上記実施形態では、ケース２３が軟磁性材料を含有する樹脂で形成されているとして説明したが、ケース２３は軟磁性材料を含有しない樹脂で形成することも可能であるし、軟磁性材料のみで形成することも可能である。
【００３６】
上記実施形態では、無接点給電装置１は、図１に示されるように、一次コイルモジュール１０の一次コイル１１がコア１２の円柱状部１３に巻線１４を巻いて柱状に構成した場合の例を挙げて説明した。しかしながら、一次コイル１１は、図７に示されるように、巻線１４を平面状（渦巻き状）に巻いて構成することも可能である。無接点給電装置１は、一次コイル１１がこのような平面状に形成されている場合であっても、蓄電池２１に給電することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、無接点給電方式にて蓄電池に給電する無接点給電装置に用いることが可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１：無接点給電装置
２１：蓄電池
２２：二次コイル（コイル）
２３：ケース
２４：線材
３１：第１の二次コイル（第１のコイル）
３２：第２の二次コイル（第２のコイル）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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