(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分割された磁性体のコアと、
前記コアに鎖交するように配置された巻線と、
前記コアに形成されたギャップを覆うように設けられた、磁性体材料で構成されたカバーと、
前記コアを開閉する開閉機構と、を有することを特徴とするトランス。
【請求項２】
請求項１に記載のトランスであって、
前記カバーは、前記コアの側面に沿ってスライド可能に設けられたことを特徴とするトランス。
【請求項３】
請求項１に記載のトランスであって、
前記カバーは、前記コアの内周側に設けられたことを特徴とするトランス。
【請求項４】
請求項１に記載のトランスであって、
前記カバーは、前記コアの外周側に設けられたことを特徴とするトランス。
【請求項５】
請求項１に記載のトランスであって、
前記カバーは、前記コアの内周側及び外周側に設けられたことを特徴とするトランス。
【請求項６】
請求項１〜５に記載のトランスを用いた電力抽出部と、
前記電力抽出部で抽出した電力を整流する整流部と、
前記整流部で整流された電力を充電する充電部と、
前記充電部での充電電力を蓄えるバッテリと、を有することを特徴とする充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性体材料を用いたトランス及びこれを備えた充電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本技術分野の背景技術として、特許文献１(実公昭６０−７４４８号公報)では「複数の脚部を有する自身の脚部間にギャップを介在して複数の磁心を突き合せ、前記磁心よりも透磁率の低い磁性体を挿入して接合したことを特徴とする高圧トランス」と記載されている。
【０００３】
また、特許文献２(特開２００２−２３７４２３号公報)には「磁路を形成する磁気媒体、前記磁路に沿って異なる位置にて前記磁路を取り囲む２以上の巻線、及び前記磁気媒体及び巻線の近傍に配置されて前記磁気媒体及び巻線から発する磁束を閉じ込め且つ抑制する導電性媒体を含むトランス」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実公昭６０−７４４８号公報
【特許文献２】特開２００２−２３７４２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電磁誘導方式で電力を伝達するトランスは、磁性体材料をコアとして用いることで１次巻線が発生する磁束を効率的に２次巻線に鎖交させ電力伝送効率を高めることが多い。コアを組みあわせて製造する際にコアの切断面に生じたギャップから磁束が外部に漏れ、電力伝送効率が低下する。
【０００６】
この漏れ磁束を防ぐ方法として、特許文献１に記載の技術は、磁性体コアのギャップ部分に磁性体コアよりも比透磁率の低い材料を挿入し、漏れ磁束を軽減する構造である。特許文献１の構成では、例えば０．０１ｍｍ程度の非常に小さいギャップではギャップ部分に挟む材料を作りにくく、またギャップが増大するほど、ギャップによる磁気抵抗が増大するため発明の効果は低減する。
【０００７】
特許文献２に記載の技術は、磁性体コアのギャップ部分に導電性媒体を巻くことにより、漏れ磁束を低減する構造である。特許文献２の構成では、漏れ磁束により導体表面に渦電流が発生するため、磁束が外に漏れるのを防ぐことが可能であるが、実際には渦電流により磁束が損失されるため、内部の磁束が低下し電力伝達効率が下がるという課題があった。
【０００８】
本発明は、漏れ磁束を抑制し、電力伝達効率を向上させたトランスおよびこれを備えた充電装置を提供することを目的とする。 
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、トランスであって、分割された磁性体のコアと、前記コアに鎖交するように配置された巻線と、前記コアに形成されたギャップを覆うように設けられた、磁性体材料で構成されたカバーと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、漏れ磁束を抑制し、電力伝達効率を向上させたトランス及びこれを備えた充電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施例に係るトランスの構成図である。
【図２】本発明の第２の実施例に係るトランスの構成図である。
【図３】本発明の実施形態に係るトランスの構成を示した例である。
【図４】本発明の実施形態に係る磁性体の平均電力密度向上を示す図である。
【図５】本発明の第３の実施例に係るトランスの構成図である。
【図６】本発明の第３の実施例に係るトランスの構成図である。
【図７】本発明の第３の実施例に係るトランスの構成図である。
【図８】本発明の第３の実施例に係るトランスの構成図である。
【図９】本発明の第４の実施例に係るトランスの構成図である。
【図１０】本発明の第４の実施例に係るトランスの構成図である。
【図１１】本発明の第４の実施例に係る磁性体の平均電力密度向上を示す図である。
【図１２】本発明の第５の実施の例に係るトランスの電力抽出構成図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１２】
本発明の実施形態におけるトランスの構成について、図１を用いて説明する。図１は本実施形態に係るトランスの構成図である。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態のトランスは、例えば電力を抽出する装置として用いることができ、電源線２１の電力を磁性体１０、および２次巻線２２、磁性体カバー１１、および１２によって構成される。
【００１４】
電源線２１により発生する磁束４１は磁性体１０を介して２次巻線２２に鎖交し、エネルギーが伝達される。
【００１５】
本実施例のトランスは電源線２１への着脱を可能にするため、磁性体１０を切断した分割コアを用い、コアを開閉することができるように開閉機構を設けている。分割コアを用いるため、分割コア間にはギャップ３１が生じ、漏れ磁束４２が磁性体の外部に向かって発生することになるが、図１に示すように、この漏れ磁束４２の影響を低減するためにギャップ３１部分に磁性体材料で構成された磁性体カバー１１、１２を設ける。磁性体材料で構成された磁性体カバー１１、１２は、磁束を集め、外に向かって漏れる磁束をシールドする効果があるため、漏れ磁束４２が低減される。
【００１６】
磁性体カバー１１および１２は、磁性体１０と同材料で構成するか、もしくは異なる磁性体材料で構成してもよい。磁性体カバー１１および、１２は磁性体１０に沿う形状であり、磁性体１０に接触するか可能であればギャップ３１よりも狭い間隔で磁性体１０に配置することが望ましい。磁性体カバー１１および１２は、磁性体１０の奥行き方向には磁性体１０と同じもしくは、磁性体１０よりも長いことが望ましいが、一部を覆う形でもよい。磁性体カバー１１および１２は、ギャップ３１を含む磁性体１０の一部を覆うことによりギャップ部分のもれ磁束４２をシールドし、磁性体１０内の磁束を増加させるため電力伝送効率が増加する。
【実施例２】
【００１７】
本発明の実施形態におけるトランスの構成について、図２および図３を用いて説明する。実施例１では磁性体カバー１１および１２は、ギャップ３１の付近のみ覆う形であったが、図２のように磁性体１０の全体を覆うように設けてもよい。この時、磁性体カバー１１および１２は、実施例１と同様に磁性体１０と同材料で構成するか、もしくは異なる磁性体材料で構成してもよい。
【００１８】
なお、磁性体材料を有するトランスが２次側に伝送可能な電力Ｐｓは、１次巻線に流れる電流Ｉｐおよび周波数ｆ、１次巻線の巻線数Ｎｐ、磁性体の断面積Ａｅ、コア内の磁束密度Ｂにより［数１］のようにあらわされる。
【００１９】
【数１】
0006438828.tif 000002
【００２０】
上式より、２次側に伝達可能な電力Ｐｓはコア内の磁束密度Ｂに比例することがわかる。磁性体１０にギャップが存在しない場合と、ギャップ３１が長さｇ１で存在する場合と、ギャップ３１が存在し、かつ磁性体カバーが長さｌで存在する場合と、における平均磁束密度を電磁界解析で求めた。
【００２１】
図３において磁路長Ｌを１６３２ｍｍ、ギャップ３１の長さｇ１と磁性体間隔の長さｇ２をｇ１＝ｇ２＝０．１ｍｍ、磁性体カバーの厚みｗを２ｍｍとしたときに、磁性体カバー長さｌを変えた際の図３（ａ）部分の平均磁束密度を図４に示す。
【００２２】
磁性体１０、磁性体カバー１１、磁性体カバー１２にはいずれも比透磁率１８２０の材料を用いており、図４の横軸には磁性体カバーの長さｌを磁路長Ｌで正規化した値であるｌ/Ｌを示し、縦軸はギャップがない場合の平均磁束密度を１として正規化した平均磁束密度を示す。
【００２３】
図４に示すようにカバーがない場合には、ギャップにより平均磁束密度が０．３４程度まで低下するが、カバーを設けることで０．６５〜０．９８程度まで平均磁束密度が回復する。
【００２４】
また図４に示す通りカバーの長さには最適点があり、カバーの長さおよび形状は電磁界解析や実測等で最適点を求めることが望ましい。
【実施例３】
【００２５】
本発明の実施形態におけるトランスの構成について、図５および図６を用いて説明する。実施例１では磁性体カバー１１および１２は、ギャップ３１の付近のみ覆う形であるが、例えば、磁性体カバー１１と磁性体カバー１２を同材料で構成し、図５の磁性体カバー１３のように磁性体１０の端部を覆う形にしてもよい。
【００２６】
本実施形態では、この時、開閉機構の実現のためには、例えば図６のように開閉時には磁性体カバー１３をスライドさせてギャップ部分を開放する構成とする。実際の開閉構造は図７および図８に示す。図７は図５の構成の断面図である。磁性体カバー１３はカバー端面で図５のとおり一体化しており、磁性体カバー１３は非磁性材料で構成されたカバー支持部１６に接続されている。カバー支持部１６のもう片方はカバースライド用レール１４にはめ込む構造になっており、このレール上をカバー支持部１６が移動することにより、磁性体カバー１３がスライドし、図８のようにトランスを開閉することができる。カバースライド用レール１４はたとえば樹脂等で構成されるトランスカバー１５に固定されている。
【実施例４】
【００２７】
本発明の実施形態におけるトランスの構成について、図９および図１０を用いて説明する。実施例１では磁性体１０の内側および外側に磁性体カバー１１および磁性体カバー１２を設けたが、図９のように外側のみ、もしくは図１０のように内側のみを覆う構造でもよい。図９のトランス構造における開閉機構は図７に示すものと同様に、外側のカバーのみカバー支持部１６に接続させて実現する。また図１０のように内側のカバーのみの場合にはカバースライド用レール１４およびカバー支持部はトランスカバー１５の内側部分に設け、スライド機構を実現する。
【００２８】
この時、磁性体カバー１１および磁性体カバー１２は、実施例１と同様に磁性体１０と同材料で構成するか、もしくは異なる磁性体材料で構成してもよい。内側もしくは外側のみに磁性体カバーを設けた場合の効果を図１１に示す。
【００２９】
図３と同様に磁路長Ｌを１６３２ｍｍ、ギャップ３１の長さｇ１と磁性体間隔の長さｇ２をｇ１＝ｇ２＝０．１ｍｍ、磁性体のカバー厚みｗを２ｍｍとしたときに、磁性体カバー長さｌを２０ｍｍに固定し、図３（ａ）に該当する部分の平均磁束密度を求めた。
【００３０】
磁性体１０、磁性体カバー１１、磁性体カバー１２にはいずれも比透磁率１８２０の材料を用いた。横軸には磁性体カバーがない場合、磁性体カバーを磁性体１０の内側のみに設けた場合、磁性体カバーを磁性体１０の外側のみに設けた場合、磁性体カバーを磁性体１０の内側及び外側に設けた場合を示す。縦軸はギャップがない場合の平均磁束密度を１とし、正規化した平均磁束密度を示した。
【００３１】
図１１に示すように内側、もしくは外側に磁性体カバーを設けると０．７８、０．８７まで平均磁束密度が改善することがわかり、内側もしくは外側のいずれか一方でも効果が見込める。
【実施例５】
【００３２】
本発明の実施形態における充電装置の電力抽出機構の構成について図１２を用いて説明する。実施例１〜４のトランス１０１を用いて電力抽出部１００を構成する。電力抽出部１００で抽出された電力は、整流部１０２にて整流され、充電部１０３、バッテリ１０４に接続されており、抽出した電力をバッテリ１０４に充電することができる。トランス１０１は実施例１〜４のいずれのトランスを用いてもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１０…磁性体、１１…磁性体カバー、１２…磁性体カバー、１３…磁性体カバー、１４…カバースライド用レール、１５…トランスカバー、１６…カバー支持部
２１…電源線（１次巻線）、２２…２次巻線、
３１…ギャップ、４１…磁束、４２…漏れ磁束
１００…電力抽出部、１０１…トランス、１０２：整流部、１０３…充電部、１０４…バッテリ
【図１】
0006438828.tif 000003
【図２】
0006438828.tif 000004
【図３】
0006438828.tif 000005
【図４】
0006438828.tif 000006
【図５】
0006438828.tif 000007
【図６】
0006438828.tif 000008
【図７】
0006438828.tif 000009
【図８】
0006438828.tif 000010
【図９】
0006438828.tif 000011
【図１０】
0006438828.tif 000012
【図１１】
0006438828.tif 000013
【図１２】
0006438828.tif 000014