(57)【要約】【課題】例えば、軸方向の隙間の大きさの変化による効率の変化が生じにくい、非接触給電装置を得る。【解決手段】実施形態の非接触給電装置は、第一のコアと、第二のコアと、第一のコイルと、第二のコイルと、第一のコアの第一の平面部または第二のコアの第二の平面部に形成され、軸を中心に円周状に設けられた突部と、第一のコアの第一の平面部または第二のコアの第二の平面部に形成され、突部を収容する収容部と、突部と収容部との対向面の重複部分であり、軸の径方向に隙間をあけて対向する二つの面を有したラップ部と、を備える。【選択図】図２
2017118072.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非接触状態で配置されたコアを軸の中心で回転させて電力を給電する非接触給電装置であって、
前記軸中心に直交する平面である第一の平面部を有する磁性体の第一のコアと、
前記第一のコアと対向に配置され、前記第一の平面部との間で間隙を形成する第二の平面部を有する磁性体の第二のコアと、
前記第一のコアに固定され、前記第一のコアの前記軸の周方向に巻かれ、交番電流を流すと磁界を発生する第一のコイルと、
前記第二のコアに固定され、前記第一のコアの前記軸の周方向に巻かれるとともに前記第一のコイルと対向する位置に配置され、前記磁界変化を受けて起電力を発生させる第二のコイルと、
前記第一のコアの第一の平面部または前記第二のコアの第二の平面部に形成され、前記軸を中心に円周状に設けられた突部と、
前記第一のコアの第一の平面部または前記第二のコアの第二の平面部に形成され、前記突部を収容する収容部と、
前記突部と前記収容部との対向面の重複部分であり、前記軸の径方向に隙間をあけて対向する二つの面を有したラップ部と、
を備えた、非接触給電装置。
【請求項２】
前記軸方向の前記間隙の変動に対し、前記ラップ部で、前記二つの面が前記径方向に隙間をあけて対向した状態が保持される、請求項１に記載の非接触給電装置。
【請求項３】
前記ラップ部は、前記第一のコイルおよび前記第二のコイルの、前記径方向の外側に位置された、請求項１または２に記載の非接触給電装置。
【請求項４】
前記ラップ部は、前記第一のコイルおよび前記第二のコイルの、前記径方向の内側に位置された、請求項１〜３のうちいずれか一つに記載の非接触給電装置。
【請求項５】
前記ラップ部は、前記軸の中心よりも前記第一のコイルおよび前記第二のコイルの前記径方向の内側の端部の近くに位置された、請求項４に記載の非接触給電装置。
【請求項６】
前記ラップ部は、前記第一のコイルの前記第二のコイルとは反対側の第一の端部と、前記第二のコイルの前記第一のコイルとは反対側の第二の端部と、の間に位置された、請求項１〜５のうちいずれか一つに記載の非接触給電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、非接触給電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、相対的に回転可能な二つのコア間で、非接触で電気信号あるいは電力を伝達可能な非接触給電装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１２８３９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この種の技術では、コア間に生じる軸方向の隙間の大きさが変動すると、磁気結合が変動し、電力の伝達効率が変動する場合があった。
【０００５】
そこで、本発明の課題の一つは、例えば、軸方向の隙間の大きさの変動による伝達効率の変動を抑制する非接触給電装置を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態の非接触給電装置は、非接触状態で配置されたコアを軸の中心で回転させて電力を給電する非接触給電装置であって、上記軸中心に直交する平面である第一の平面部を有する磁性体の第一のコアと、上記第一のコアと対向に配置され、上記第一の平面部との間で間隙を形成する第二の平面部を有する磁性体の第二のコアと、上記第一のコアに固定され、上記第一のコアの上記軸の周方向に巻かれ、交番電流を流すと磁界を発生する第一のコイルと、上記第二のコアに固定され、上記第一のコアの上記軸の周方向に巻かれるとともに上記第一のコイルと対向する位置に配置され、上記磁界変化を受けて起電力を発生させる第二のコイルと、上記第一のコアの第一の平面部または上記第二のコアの第二の平面部に形成され、上記軸を中心に円周状に設けられた突部と、上記第一のコアの第一の平面部または上記第二のコアの第二の平面部に形成され、上記突部を収容する収容部と、上記突部と上記収容部との対向面の重複部分であり、上記軸の径方向に隙間をあけて対向する二つの面を有したラップ部と、を備える。
【０００７】
上記構成では、径方向の隙間の大きさは、コアとコアとが軸方向に相対的に移動した場合にあっても変化しない。また、径方向の隙間をあけて互いに面する側面同士、すなわちラップ部が径方向に重なり合う領域の面積の変化による隙間の磁気抵抗の変化は、重なる面積に比例的であり、軸方向の隙間による磁気抵抗変化に比べて緩やかである。よって、本実施形態によれば、コア間で、軸方向の相対的な位置の変化、すなわち、軸方向の相対的な近接または離間が生じた場合にあっても、コア間に軸方向の隙間だけが設けられる構成に比べて、磁気抵抗の変化、ひいては、電気信号あるいは電力の伝達効率の変動を抑制できる。
【０００８】
また、上記非接触給電装置では、例えば、上記ラップ部は、上記第一のコイルおよび上記第二のコイルの、上記径方向の外側に位置される。このような構成では、ラップ部は、磁束密度が比較的大きい場所である。よって、このような構成によれば、例えば、径方向の隙間が設けられたことによる効果が得られやすい。
【０００９】
また、上記非接触給電装置では、例えば、上記ラップ部は、上記第一のコイルおよび上記第二のコイルの、上記径方向の内側に位置される。このような構成では、ラップ部は、磁束密度が比較的大きい場所である。よって、このような構成によれば、例えば、径方向の隙間が設けられたことによる上記効果が得られやすい。
【００１０】
また、上記非接触給電装置では、例えば、上記ラップ部は、上記軸の中心よりも上記第一のコイルおよび上記第二のコイルの上記径方向の内側の端部の近くに位置される。このような構成では、回転中心よりも第一のコイルおよび第二のコイルの径方向の内側の端部に近い位置は、磁束密度が比較的大きい場所である。よって、このような構成によれば、例えば、径方向の隙間が設けられたことによる上記効果が得られやすい。
【００１１】
また、上記非接触給電装置では、例えば、上記ラップ部は、上記第一のコイルの上記第二のコイルとは反対側の第一の端部と、上記第二のコイルの上記第一のコイルとは反対側の第二の端部と、の間に位置される。このような構成では、第一のコイルの第二のコイルとは反対側の第一の端部と、第二のコイルの第一のコイルとは反対側の第二の端部と、の間の位置は、磁束密度が比較的大きい場所である。よって、このような構成によれば、例えば、径方向の隙間が設けられたことによる上記効果が得られやすい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、実施形態の非接触給電装置の例示的かつ模式的な分解斜視図である。
【図２】図２は、実施形態の非接触給電装置の例示的な断面図であって、回転中心の片側が示された図である。
【図３】図３は、実施形態の変形例の非接触給電装置の例示的な断面図であって、回転中心の片側が示された図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の例示的な実施形態が開示される。以下に示される実施形態の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用、結果、および効果は、一例である。本発明は、以下の実施形態に開示される構成以外によっても実現可能であるとともに、基本的な構成に基づく種々の効果や、派生的な効果のうち、少なくとも一つを得ることが可能である。
【００１４】
図１，２に示すように、非接触給電装置１００は、互いに回転中心Ａｘの軸方向に隙間をあけて向き合った二つの要素１（コア１２），２（コア２２）を備えている。非接触給電装置１００は、それら二つの要素１，２の間で、電磁誘導を利用して、非接触で、電気信号や電力等を伝達する。回転中心Ａｘは、軸の中心の一例である。
【００１５】
非接触給電装置１００は、一次側、すなわち送り側の要素１と、二次側、すなわち受け側の要素２と、を備えている。一次側の要素１および二次側の要素２のうち少なくとも一方、すなわち一方または両方は、回転中心Ａｘ回りに回転可能に構成されている。非接触給電装置１００は、回転トランスとも称されうる。なお、本実施形態では、説明の便宜上、各図の下方に一次側の要素１が配置され、各図の上方に二次側の要素２が配置された構成が例示されるが、本発明はこの配置には限定されない。また、非接触給電装置１００は、回路（不図示）からの電気信号や、電力の供給の切り替えによっては、要素２が一次側となり、要素１が二次側となるようにも、構成されうる。
【００１６】
要素１は、コイル１１とコア１２とを有している。要素１（コア１２）は、回転中心Ａｘの軸方向に短い円柱状または円盤状の外観を呈している。コイル１１は、第一のコイルの一例であり、コア１２は、第一のコアの一例である。
【００１７】
コイル１１は、回転中心Ａｘ回りに巻かれ、円環状に構成されている。コイル１１は、巻線１１ａと、巻線１１ａを巻き付けるガイドとしてのボビン１１ｂと、を有している。一次側の要素１に含まれるコイル１１には、入力信号や給電電力が供給される。
【００１８】
コア１２は、コア２２と対向する面である平面部１ｆ（第一の平面部）と、平面部１ｆに設けられた回転中心Ａｘを中心とする円環状かつ溝状の凹部１ｄ（収容部）とで構成されている。コア１２には、大きさ（半径）が異なる複数の凹部１ｄが同心円状に設けられるとともに、大きさ（半径）が異なる複数の平面部１ｆが同心円状に設けられている。本実施形態では、回転中心Ａｘから径方向の外側に向かうにつれて、平面部１ｆと凹部１ｄとが交互に設けられている。凹部１ｄの回転中心Ａｘを含む平面での断面形状は四角形状である。凹部１ｄは、側面を構成し径方向に間隔をあけて設けられた二つの周面１ｃと、軸方向と直交する底面となる端面１ｅと、によって構成されている。周面１ｃは、いずれも回転中心Ａｘを中心とする円筒面状である。また、コア１２の平面部１ｆには、一つの円環状の凹形状として、コイル１１を収容するコイル収容部１ｉが設けられている。コイル収容部１ｉの径方向の両側には、平面部１ｆが配置されている。コア１２は、例えば、ニッケル−マンガン系フェライト等の強磁性体で構成されうる。
【００１９】
要素２は、コイル２１とコア２２とを有している。要素２（コア２２）は、回転中心Ａｘの軸方向に短い円柱状または円盤状の外観を呈している。コイル２１は、第二のコイルの一例であり、コア２２は、第二のコアの一例である。
【００２０】
また、コイル２１は、回転中心Ａｘ回りに巻かれ、円環状に構成されている。コイル２１は、巻線２１ａと、巻線２１ａを巻き付けるガイドとしてのボビン２１ｂと、を有している。コイル１１とコイル２１とは、コア１２，２２を介さず、軸方向に隙間をあけて面している。二次側の要素２に含まれるコイル２１からは、出力信号や受電電力が出力される。
【００２１】
コア２２には、コア１２の平面部１ｆと対向して設けられた平面部２ｆ（第二の平面部）と、平面部２ｆに設けられた回転中心Ａｘを中心とする円環状かつ壁状の凸部２ｐ（突部）とで構成されている。コア２２には、大きさ（半径）が異なる複数の平面部２ｆが同心円状に設けられるとともに、大きさ（半径）が異なる複数の凸部２ｐが同心円状に設けられている。本実施形態では、回転中心Ａｘから径方向の外側に向かうにつれて、凸部２ｐと平面部２ｆとが交互に設けられている。平面部２ｆの回転中心Ａｘを含む平面での断面形状は四角形状であり、凸部２ｐは、側面を構成し径方向に間隔をあけて設けられた二つの周面２ｃと、頂面を構成し軸方向と直交する端面２ｅと、を有している。周面２ｃは、いずれも回転中心Ａｘを中心とする円筒面状である。また、コア２２の平面部２ｆにおいて、一つの円環状の凹形状には、コイル２１を収容するコイル収容部２ｉが設けられている。コイル収容部２ｉの径方向の両側には、凸部２ｐが配置されている。コア２２は、例えば、ニッケル−マンガン系フェライト等の強磁性体で構成されうる。
【００２２】
コア１２の凹部１ｄには、コア２２の凸部２ｐが収容されている。コア１２とコア２２とは、互いに間隔（空間）をあけて面している。コア１２の平面部１ｆは、コア２２の平面部２ｆと隙間ｇａをあけて面している。コア１２の凹部１ｄの底面としての端面１ｅは、コア２２の凸部２ｐの頂面としての端面２ｅと隙間ｇａをあけて面している。コア１２の凹部１ｄの側面としての内径側の周面１ｃは、コア２２の凸部２ｐの側面としての内径側の周面２ｃと隙間ｇｒをあけて面している。コア１２の凹部１ｄの側面としての外径側の周面１ｃは、コア２２の凸部２ｐの側面としての外径側の周面２ｃと隙間ｇｒをあけて面している。また、凸部２ｐは、突部の一例であり、凹部１ｄは、収容部の一例であるため、これに限られることなく、例えば、コア１２に凸部が形成され、コア２２に凹部が形成されていてもよい。また、ラップ部は、周面１ｃと周面２ｃとを含む。ラップ部は、重複部分や対向部分等とも称されうる。
【００２３】
このような構成において、一次側のコイル１１に電流が流れると、コア１２，２２に、コイル１１とコイル２１とを取り囲む磁界（不図示）が生じる。この磁界による磁束は、コア１２，２２の内周部１２ｉ，２２ｉから隙間ｇａ，ｇｒを通じて回転中心Ａｘの軸方向の一方側を回ってコア１２，２２の外周部１２ｏ，２２ｏへ至り、当該外周部１２ｏ，２２ｏからコア１２，２２の軸方向の他方側を回って隙間ｇａ，ｇｒを通じて内周部１２ｉ，２２ｉに戻る。すなわち、磁界による磁束は、回転中心Ａｘを含む平面に略沿ってコイル１１，２１の回りを回る。コイル１１に交番電流を流すと当該磁界による磁束の流れは、当該経路の交流状に流れる。この磁束の時間変化によってこの磁界による磁束は、二次側のコイル２１に起電力が発生し電流が流れる。このようにして、コイル１１とコイル２１との間で、電気信号あるいは電力が、非接触で伝達される。外周部１２ｏは、第一の外周部の一例であり、外周部２２ｏは、第二の外周部の一例であり、内周部１２ｉは、第一の内周部の一例であり、内周部２２ｉは、第二の内周部の一例である。
【００２４】
このような構成において、コア１２，２２間で、軸方向の相対的な位置の変化、すなわち、近接または離間が生じると、軸方向の隙間ｇａの大きさが変化し、当該隙間ｇａにおける磁気抵抗が大きく変化し、ひいては、電気信号あるいは電力の伝達効率が変化するという現象が観測される。
【００２５】
そこで、本実施形態では、コア１２，２２の互いに対向する面に、互いにフィットする凹凸構造が設けられ、コア１２，２２間に、軸方向の隙間ｇａに加えて、径方向の隙間ｇｒが設けられるよう、非接触給電装置１００が構成されている。径方向の隙間ｇｒは、コア１２，２２が軸方向に相対的に移動した場合にあっても変化せず、互いに面する周面１ｃ，２ｃ同士が径方向に重なり合う領域の面積の変化による隙間の磁気抵抗の変化は、重なる面積に比例的であり、軸方向の隙間による磁気抵抗変化に比べて緩やかである。
【００２６】
このように、本実施形態によれば、コア１２，２２に、径方向に隙間ｇｒを介して互いに面する周面１ｃ，２ｃ（ラップ部）が設けられた。そして、本実施形態では、コア１２，２２の軸方向の相対位置の変化が生じても、周面１ｃ，２ｃが径方向に隙間ｇｒを介して互いに対向する状態が保持されるよう構成されている。よって、本実施形態によれば、要素１，２間、すなわちコア１２，２２間で、軸方向の相対的な位置の変化、すなわち、軸方向の相対的な近接または離間が生じた場合にあっても、コア１２，２２間に軸方向の隙間ｇａだけが設けられる構成に比べて、磁気抵抗の変化、ひいては、電気信号あるいは電力の伝達効率の変化を抑制できる。
【００２７】
また、径方向の隙間ｇｒは、磁束密度がより高い場所に設けるのがより効果的である。そこで、本実施形態では、［１］径方向の隙間ｇｒ、すなわち周面１ｃ，２ｃ（ラップ部）は、コア１２，２２の外周部１２ｏ，２２ｏおよびコア１２，２２の内周部１２ｉ，２２ｉに設けられている。
【００２８】
また、本実施形態では、［２］径方向の隙間ｇｒ、すなわち周面１ｃ，２ｃ（ラップ部）は、内周部１２ｉ，２２ｉのうち、回転中心Ａｘよりもコイル１１，２１の径方向の内側の端部１１ｃ，２１ｃに近い位置、すなわち、図２の範囲Ｓ１に、少なくとも一部が含まれるように、設けられている。なお、コア１２，２２の外周部１２ｏ，２２ｏにおいても、コイル１１，２１の径方向の外側の端部から上記範囲Ｓ１と略等しい径方向の幅となる位置までの区間に、径方向の隙間ｇｒ（周面１ｃ，２ｃ）が設けられるのが良い。
【００２９】
また、本実施形態では、［３］径方向の隙間ｇｒ、すなわち周面１ｃ，２ｃ（ラップ部）は、外周部１２ｏ，２２ｏおよび内周部１２ｉ，２２ｉのうち、軸方向において、コイル１１のコイル２１とは反対側の軸方向の端部１１ｅと、コイル２１のコイル１１とは反対側の軸方向の端部２１ｅとの間の範囲、すなわち、図２の範囲Ｓ２に、少なくとも一部が含まれるように、設けられている。
【００３０】
上記［１］〜［３］の単独あるいは組み合わせによれば、径方向の隙間ｇｒ、すなわち周面１ｃ，２ｃ（ラップ部）を設けたことによる上述した効果がより高まりやすい。また、本実施形態では、径方向の隙間ｇｒ、すなわち周面１ｃ，２ｃ（ラップ部）は、範囲Ｓ１内でありかつ範囲Ｓ２内となる範囲に、含まれている。よって、本実施形態によれば、径方向の隙間ｇｒ（周面１ｃ，２ｃ）を設けたことによる効果がより一層高まりやすい。
【００３１】
以上、本発明の実施形態を例示したが、上記実施形態は一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、組み合わせ、変更を行うことができる。また、各例の構成や形状は、部分的に入れ替えて実施することも可能である。また、各構成や形状等のスペック（構造や、種類、方向、形状、大きさ、長さ、幅、高さ、数、配置、位置等）は、適宜に変更して実施することができる。
【００３２】
例えば、図３に示すように、コア１２，２２の中央部に、貫通孔１２ｈ，２２ｈが設けられた変形例にあっても、同様の効果が得られる。これは、コア１２，２２の中央部では磁界が比較的弱いからである。また、径方向の隙間ｇｒ、すなわち周面１ｃ，２ｃ（ラップ部）を設ける位置は、適宜に変更することができる。また、一方のコアで、凸部（他方のコアでは凹部）の径方向の外側に凸部（他方のコアでは凹部）が設けられるなど、凸部と凹部との配置も適宜に変更することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１００…非接触給電装置、１ｃ…周面（面、ラップ部）、１ｄ…凹部（収容部）、１ｅ…端面、１ｆ…平面部（第一の平面部）、２ｃ…周面（面、ラップ部）、２ｆ…平面部（第二の平面部）、２ｅ…端面、２ｐ…凸部（突部）、１１…コイル（第一のコイル）、１１ｃ…（コイルの径方向の内側の）端部、１１ｅ…端部（第一の端部）、１２…コア（第一のコア）、２１…コイル（第二のコイル）、２１ｃ…（コイルの径方向の内側の）端部、２１ｅ…端部（第二の端部）、２２…コア（第二のコア）、Ａｘ…回転中心（軸の中心）、ｇａ，ｇｒ…隙間。
【図１】
2017118072.tif 000003
【図２】
2017118072.tif 000004
【図３】
2017118072.tif 000005