JP6971062B2 - 非接触給電装置用コイルおよび非接触給電装置用コイルの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、非接触給電装置用コイルおよび非接触給電装置用コイルの製造方法に関する。

近年、電気自動車の給電は、ケーブルを用いる接触式から無線電力伝送技術を利用した非接触式へ変更することが進められている。

非接触給電の技術は、給電所の路面に埋め込むようにして設けた送電用（１次側）の平面コイルと電気自動車の底部に設けた受電用（２次側）の平面コイルとを数十ｃｍ程度の間隔で対向させることで電力を無線送電することで電気自動車に給電する技術である。

従来、無線電力伝送に用いる平面コイルは、主に、細い複数のエナメル線を撚り合わせて形成したリッツ線（通電線）を平面的に渦巻き状に巻回して形成する。

この種の平面コイルの発生電力は、通電線の断面積に比例するため、線径の太いものを用いるほど、大きな電力が得られるものの、電気自動車のボディ底面や路面などが設置場所となる関係で、コイルの収容厚（径または高さ）が制限されるケースがある。

このため、近年では、細い通電線を複数本用いて太い通電線１本分の断面積を稼ぐように複数本の通電線を並べて平面的に巻回したコイルが発案されている（例えば特許文献１参照）。

ところで、このようなコイルの場合、渦電流の誘起によるジュール熱の発生を抑える対策（発熱対策）を講じつつ既定の性能を得る上で、複数の通電線を１巻きする中で５〜６箇所に捻じり（線を交差させること）を実施する必要がある。

特開２００８‐８７７３３号公報

このように複数の通電線を平面的に巻回する従来のコイル場合、発熱対策のため、複数の通電線を１周巻くうちの多数の箇所で、線どうしを交差させる必要があり、コイル製造時にボビンに回転を加えたり、撚り戻しを行うなどの作業が必要になるため、通電線を交差させる箇所が多いほど作業性が低下する。

そこで、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、規定の性能を得る上で厚みが薄くかつコイル製造の作業性のよい非接触給電装置用コイルおよび非接触給電装置用コイルの製造方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る非接触給電装置用コイルは、端部同士が接続された互いに平行な一対の第１及び第２のリッツ線からなる通電線を、平面的に並べて渦巻き状に７巻き以上巻回して形成した非接触給電装置用コイルであって、並べて巻回される前記第１及び第２のリッツ線からなる通電線のうち、互いの線が交差する交差部を、１巻中に１箇所設け、当該非接触給電装置用コイルの全体の巻数に対する前記交差部を設けた部位の割合が４３％以上５７％以下であって、前記交差部を、前記非接触給電装置用コイルの巻回中心から半径方向に揃えて設け、前記交差部の交差方向を前記交差部毎に変えたことを特徴とする。

本発明の一態様に係る非接触給電装置用コイルの製造方法は、端部同士が接続された互いに平行な一対の第１及び第２のリッツ線からなる通電線を、平面的に並べて渦巻き状に７巻き以上巻回して形成した非接触給電装置用コイルの製造方法であって、前記第１及び第２のリッツ線からなる通電線を並べて巻回する工程と、並べて巻回される前記第１及び第２のリッツ線からなる通電線のうち、互いの線が交差する交差部を、１巻中に１箇所設け、かつ、当該非接触給電装置用コイルの全体の巻数に対する前記交差部を設けた部位の割合を４３％以上５７％以下とする工程と、前記交差部を、前記非接触給電装置用コイルの巻回中心から半径方向に揃えて設ける工程と、前記交差部の交差方向を前記交差部毎に変える工程と、を備える。

本発明によれば、規定の性能を得る上で厚みが薄くかつ製造作業性のよい非接触給電装置用コイルおよび非接触給電装置用コイルの製造方法を提供することができる。

本発明の一つの実施の形態の渦巻き状のコイル（外形がほぼ方形）の平面図。 図１のコイルの部分Ｐを拡大した図。 比較例としてのパラレル巻の一部を拡大した図。 本発明のコイルと比較例のコイルとの周波数‐交流抵抗特性図。 本発明の一つの実施の形態の非接触給電装置の構成を示す断面図。 １５巻のコイルで巻き方と効果を確認した実施例１〜３、比較例１を示す図。 ７巻のコイルで巻き方と効果を確認した実施例４〜６、比較例２を示す図。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

（実施の形態）
非接触給電装置は、１次側の非接触送電装置と２次側の非接触受電装置とを対向配置して構成される。電力を供給する側である１次側の非接触送電装置と電力を受ける側の２次側の非接触受電装置は、コイルの部分の要素はほぼ同じ要素で構成されており、ここでは、一方の側について説明するが、他方の側も同様であることは言うまでもない。

図１に示すように、本実施形態に係るコイル２０は、一対の圧着端子２１、２４により両端がそれぞれ接続された第１及び第２の通電線としてのリッツ線２２、２３を、平面的に並べて渦巻き状に巻回して製造（形成）したものである。コイル２０の内径Ｓ１と外径Ｓ２の比Ｓ２：Ｓ１をほぼ２：１としている。

このコイル２０は、並べて巻回されるリッツ線２２、２３のうち、互いの線が交差する交差部Ａ（図２参照）を、１巻おきに１巻中に１箇所設けている（部分Ｐ参照）。この巻き方のコイル２０を「パラレル転位巻」と称す。また交差部Ａを「転位箇所」と称す場合がある。

平面的に渦巻き状に巻回しただけのコイル２０は、搬送時にばらけてしまうため、コイル２０の巻幅に合わせて複数の箇所に粘着テープ（図示せず）などを巻き付けてテーピング固定し、形状の崩れを防止している。

つまりリッツ線２２、２３は、一対の圧着端子２１、２４により両端がそれぞれ接続されており、ほぼ平らに並べて渦巻状に巻回されている。

リッツ線２２、２３は、複数のエナメル線を撚り合わせて束にして形成した線材群である。なお、この例では、リッツ線２２、２３を用いたが、リッツ線２２、２３以外の通電線としては、例えば絶縁被覆していない導体（銅やアルミニウムを材料とする線）や、最外層に自己融着層を設けた自己融着線などを用いてもよい。

圧着端子２１は、リッツ線２２、２３の一端と電気接続されるものであって、概略的に圧着部と、固定用の孔が設けられた固定部とから構成されている。圧着部は、筒形状の金属部材によって構成されており、リッツ線２２、２３の導体部を挿入し加締め加工することで２つの線材を圧着一体化する。圧着端子２４は、リッツ線２２、２３の他端と電気接続されるものであり、圧着端子２１と同じものである。

コイル２０の一部の部分Ｐ（図１参照）には、図２に示すように、リッツ線２２、２３が交差する交差部Ａが、コイル２０の巻回中心から半径方向に揃えて設けられている。

すなわち、このコイル２０は、２本で一対としたリッツ線２２、２３の巻数１５ターン中に、転位箇所としての交差部Ａを８箇所設けたものである。なお、この例では、リッツ線２２、２３一対で１巻としたコイル全体の巻き数１５に対して、そのうち半数を超える８箇所に交差部Ａを設けたが、これ以外の巻き数や巻き方にも本願発明は適用可能である。この例では巻き数の総数を奇数としたが、偶数としてもよく、巻き数自体も増減してもよい。

この例では、外形が多角形（この例のように外形がほぼ方形の場合は四隅の角部に丸みをつけている）になるようにリッツ線２２、２３を渦巻き状に巻回してコイル２０を形成している。この他、外形をほぼ円形にしたものであってもよい。

リッツ線２２、２３を２本一対で１巻とした場合、１巻毎の間隔を一定隙間空けて巻回してもよい。このように１巻毎の間隔を一定隙間空けて巻回したコイルを「ギャップ巻」と称す。

コイル２０の巻き幅で規定すると、コイル２０全体の巻き幅（Ｓ２‐Ｓ１）／２のうち巻き幅の半分の幅（Ｓ２‐Ｓ１）／４を超える程度の範囲に交差部Ａを設けている。

この例の交差部Ａは、１対のリッツ線２２、２３の交差方向を巻回毎に変えて複数設けている。つまり、この例では、１巻飛ばしの奇数番目（Ｎ１、Ｎ３、Ｎ５…Ｎ１５）に交差部Ａを設けているが、そのうちＮ１番目のリッツ線２２、２３とＮ３番目のリッツ線２２、２３の交差方向を異ならせ、Ｎ３番目のリッツ線２２、２３とＮ５番目のリッツ線２２、２３の交差方向を異ならせている。

続いて、図３及び図４を参照してこの実施形態のコイル２０（図２のパラレル転位巻）と比較例（パラレル巻とギャップ巻）とを対比して説明する。
ギャップ巻は、リッツ線１巻毎に所定間隔の隙間を空けた試料としてスタンダードなコイルであり、このギャップ巻のコイルの性能（特性）を規定値としてこれにできるだけ近付けることが望ましい。

また、比較対象の試料（比較例）として作成したパラレル巻は、図３に示すように、２本で一対としたリッツ線２２、２３の総巻数１５巻きのすべてを平行巻きにしたものである。

試験条件としては、上記の３つの試料（パラレル転位巻、パラレル巻、ギャップ巻）それぞれについて、コイル両端を既存のＬＣＲメータに接続して、周波数を０〜２００ｋＨｚまで変化させて交流抵抗を測定したものである。図５において周波数が０の位置の値（およそ１００ｍΩ）は直流抵抗である。

計測結果の図４を参照すると、実用域である例えば８５ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの帯域において、本発明のパラレル転位巻はギャップ巻と近似した特性が得られていることがわかる。また比較例のパラレル巻は交流抵抗がギャップ巻の値からは乖離していることがわかる。

上記実施形態のコイル２０（パラレル転位巻）を用いた非接触給電装置は、図５に示すように、アルミニウム板などの基板１と、この基板１の上面に配置された磁心コア板２と、磁心コア板２の上面に配置されたコイル２０とを備える。これにより、例えば１次側の非接触送電装置または２次側の非接触受電装置とすることができる。さらに、磁心コア板２におけるコイル２０の位置を固定するために、磁心コア板２の上面をモールド樹脂などにより皮膜してもよい。

以下、コイル２０の製造方法を説明する。
（第１工程：巻回工程）
この第１工程では、リッツ線２２、２３を並べて巻回する。

（第２工程：交差部形成工程）
この第２工程では、並べて巻回されるリッツ線２２、２３のうち、互いの線が交差する交差部Ａを、１巻おきに１巻中に１箇所設ける。この際、交差部Ａを、コイル２０の巻回中心から半径方向に揃えて設けることが好ましい。

（実施例）
上記の実施形態では、１５巻のコイル２０のうち、交差部Ａを、１巻おきに１巻中に１箇所設けた例について説明したが、上記に示した巻き方の例は一例であり、以下、図６、図７を参照していくつかの巻き方の例とその効果について記載する。

図６に示すように、総巻き数が１５巻のコイル２０について、実施例１は、巻順Ｎ１、Ｎ３、Ｎ５、Ｎ７、Ｎ９、Ｎ１１、Ｎ１３、Ｎ１５の合計８箇所に交差部Ａを設けた例であり、上記実施形態で説明した１巻おきに１巻中に１箇所交差部Ａを設けたものであり、全体の巻数に対する交差部Ａを設けた部位の割合は８／１５＝５３％であり、この割合での特性上の効果はギッャプ巻と同等以上の効果が得られたため効果有り（有）とした。

実施例２は、巻順Ｎ４〜Ｎ１１の合計８箇所に交差部Ａを設けた例であり、巻き幅の中で中央部に交差部Ａを纏めて設けたものであり、全体の巻数に対する交差部Ａを設けた部位の割合は８／１５＝５３％であり、この割合での特性上の効果もギッャプ巻と同等以上のが得られたため効果有り（有）とした。

実施例３は、巻順Ｎ１、Ｎ３、Ｎ６、Ｎ９、Ｎ１２、Ｎ１４の合計６箇所に交差部Ａを設けた例であり、ほぼ２巻おきに１巻中に１箇所交差部Ａを設けたものであり、全体の巻数に対する交差部Ａを設けた部位の割合は６／１５＝４３％であり、この割合での特性上の効果もギッャプ巻と同等以上の効果が得られたため効果有り（有）とした。

比較例１は、巻順Ｎ２、Ｎ５、Ｎ８、Ｎ１１、Ｎ１４の合計５箇所に交差部Ａを設けた例であり、実施例３よりも１箇所少ない５箇所に交差部Ａを設けたものであり、全体の巻数に対する交差部Ａを設けた部位の割合は５／１５＝３３％であり、この割合での特性上の効果はギャップ巻の特性を下回ったため効果無し（無）とした。

続いて、実施例１〜３に対して総巻き数を半数程度にしたコイル２０の例について説明する。
図７に示すように、総巻き数が例えば７巻のコイル２０について、実施例４は、巻順Ｎ１、Ｎ３、Ｎ５、Ｎ７の合計４箇所に交差部Ａを設けた例であり、上記実施形態で説明した１巻おきに１巻中に１箇所交差部Ａを設けたものであり、全体の巻数に対する交差部Ａを設けた部位の割合は４／７＝５７％であり、この割合での特性上の効果はギッャプ巻と同等以上の効果が得られたため効果有り（有）とした。

実施例５は、巻順Ｎ３〜Ｎ５の合計３箇所に交差部Ａを設けた例であり、巻き幅の中で中央部に交差部Ａを纏めて設けたものであり、全体の巻数に対する交差部Ａを設けた部位の割合は３／７＝４３％であり、この割合での特性上の効果もギッャプ巻と同等以上の効果が得られたため効果有り（有）とした。

実施例６は、すべての巻順Ｎ１〜Ｎ７の合計７箇所に交差部Ａを設けた例であり、１巻中に１箇所交差部Ａを設けたものであり、全体の巻数に対する交差部Ａを設けた部位の割合は７／７＝１００％であり、この割合での特性上の効果もギッャプ巻と同等以上効果が得られたため効果有り（有）とした。

比較例２は、巻き初めの巻順Ｎ１と巻き終わりの巻順Ｎ７の合計２箇所に交差部Ａを設けた例であり、全体の巻数に対する交差部Ａを設けた部位の割合は２／７＝３３％であり、この割合での特性上の効果はギャップ巻の特性を下回ったため効果無し（無）とした。

上記実施例１〜６、比較例１、２の結果から、全体の巻数に対する交差部Ａを設けた部位の割合が４０％を超える範囲で効果があることがわかった。すなわち、リッツ線２２、２３の一対で１巻としたコイル全体の巻き数の４０％以上の箇所に交差部Ａを設けることがよい。

このように本実施形態の非接触給電装置によれば、両端が接続された一対のリッツ線２２、２３を並べて巻回する上で、リッツ線２２、２３が交差する交差部Ａを１巻おきに１巻中に１箇所設けたことで、細いリッツ線２２、２３を用いてコイル自体の厚みを薄くしつつ最低限の転位箇所の数で規定の性能を得ることができる。
すなわち、規定の性能を得る上で厚みが薄くかつコイル製造の作業性のよい非接触給電装置、コイルおよびコイルの製造方法を提供することができる。

また、本実施形態では、以下のような効果が得られる。
コイル２０の巻回の途中で、リッツ線２２、２３を交差（転位）させる交差部Ａ（転位箇所）を設けることで、低周波数での交流抵抗の上昇を抑えることができる。

例えば奇数ターンは転位させ、偶数ターンは転位させないといったように、転位箇所を１巻おきに設けることで、コイル２０の扁平さを維持し易くなる。また製造時にコイル２０の巻回速度を上昇することができる、などの効果が期待できる。

転位箇所は１巻の間に１箇所設ければよい。１巻中にバラバラの位置に交差部Ａを設けるのではなく、平面コイル２０の中心から見て同一方向にある方が望ましい。つまり転位による凹凸が一方向に揃っていると、コイル２０を設置する側の収容スペースにコイル２０を収容しやすくなるという点で優れる。

交差部Ａ（転位箇所）の捻じり方としては、同一方向に捻じってもよいが、転位の度に交差方向を変える、つまり交差方向を反転させることで、コイル製造装置側で撚り戻しを行う必要がなくなり、パラレル巻きの一方のリッツ線２２またはリッツ線２３のみに捻回がかかることを防止できる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。上記の新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施す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、変更を行うことができる。上記した実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…アルミ板（基板）、２…磁心コア板、２０…コイル、２１、２４…圧着端子、２２、２３…リッツ線。

Claims (6)

1. 端部同士が接続された互いに平行な一対の第１及び第２のリッツ線からなる通電線を、平面的に並べて渦巻き状に７巻き以上巻回して形成した非接触給電装置用コイルであって、
   並べて巻回される前記第１及び第２のリッツ線からなる通電線のうち、互いの線が交差する交差部を、１巻中に１箇所設け、
   当該非接触給電装置用コイルの全体の巻数に対する前記交差部を設けた部位の割合が４３％以上５７％以下であって、
   前記交差部を、前記非接触給電装置用コイルの巻回中心から半径方向に揃えて設け、
   前記交差部の交差方向を前記交差部毎に変えた
   ことを特徴とする非接触給電装置用コイル。
2. 当該非接触給電装置用コイルの全体の巻数に対する前記交差部を設けた部位の割合が４３％以上５３％以下であることを特徴とする請求項１に記載の非接触給電装置用コイル。
3. 前記交差部を、１巻きおきに設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の非接触給電装置用コイル。
4. 端部同士が接続された互いに平行な一対の第１及び第２のリッツ線からなる通電線を、平面的に並べて渦巻き状に７巻き以上巻回して形成した非接触給電装置用コイルの製造方法であって、
   前記第１及び第２のリッツ線からなる通電線を並べて巻回する工程と、
   並べて巻回される前記第１及び第２のリッツ線からなる通電線のうち、互いの線が交差する交差部を、１巻中に１箇所設け、かつ、当該非接触給電装置用コイルの全体の巻数に対する前記交差部を設けた部位の割合を４３％以上５７％以下とする工程と、
   前記交差部を、前記非接触給電装置用コイルの巻回中心から半径方向に揃えて設ける工程と、
   前記交差部の交差方向を前記交差部毎に変える工程と、
   を備える非接触給電装置用コイルの製造方法。
5. 前記交差部を１巻中に１箇所設ける工程において、当該非接触給電装置用コイルの全体の巻数に対する前記交差部を設けた部位の割合を４３％以上５３％以下とする
   ことを特徴とする請求項４に記載の非接触給電装置用コイルの製造方法。
6. 前記交差部を、１巻きおきに設けたことを特徴とする請求項４又は５に記載の非接触給電装置用コイルの製造方法。

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