JP2014135382A - 非接触給電システム - Google Patents

Abstract

【課題】一次コイルと二次コイルの位置ずれによる電力伝送効率の低下を抑制できるとともに、共振現象を利用した大電力伝送を容易に実現できる非接触給電システムを提供する。
【解決手段】電磁誘導型の非接触給電システムにおいて、複数本のエナメル線を撚り合わせてなるリッツ線を、同一平面上に所定の巻数で巻線した渦巻き型コイルで一次コイル（給電側コイル）及び二次コイル（受電側コイル）を構成する。そして、一次コイルと二次コイルの外径比（Ｄ２／Ｄ１）を０．８〜１．１、内径比（ｄ２／ｄ１）を１．２〜２．０、インダクタンス比（Ｌ２／Ｌ１）を０．９〜１．１とする。
【選択図】図７

Description

本発明は、電磁誘導型の非接触給電システムに関し、特に給電側コイルと受電側コイルの位置ずれが生じやすいＥＶ用の非接触給電システムに関する。

近年、電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）の充電方法の一つとして、コイルを用いた電磁誘導型の非接触給電システムの実用化が進んでいる。非接触給電システムは、交流電源から電圧が供給される給電側コイル（一次コイル）を有する給電装置と、給電側コイルに対向して配置され、給電側コイルと磁気的に結合する受電側コイル（二次コイル）を有する受電装置とを備える。ＥＶ用の非接触給電システムにおいては、給電装置が車外（地上）に設置され、受電装置が車内に設置される。

ＥＶ用の非接触給電システムのように、高周波の大電流を流して大電力を伝送する必要がある場合、一次コイル及び二次コイルには、例えば複数本のエナメル線（素線）を撚り合わせてなるリッツ線を、同一平面上に所定の巻数で巻線した渦巻き型コイルが用いられる。一次コイル及び二次コイルを渦巻き型コイルで構成することにより、給電装置及び受電装置の薄型化を図ることができる。また、リッツ線を用いることで、高周波特有の表皮効果や近接効果による交流抵抗の増大を抑制することができる。

また、電磁誘導型の非接触給電システムにおいても、コイルの共振現象を利用することにより、電力伝送効率を高めることができる。この場合、給電回路の共振周波数と、受電回路の共振周波数を合わせる必要があるため、通常、一次コイル及び二次コイルには同じ寸法で、同等のインダクタンスを有するコイルが用いられる。

一次コイルに電流を流したときに一次コイルと二次コイルの双方に鎖交する磁束が多いほど、非接触給電システムにおける電力伝送効率は高くなる。例えば、図１に示すように、一次コイル１１と二次コイル２１を近接させ、位置ずれのない理想的な配置（軸心が一致した状態）とした場合、一次コイル１１の中空部１１ａを通過するほとんどの磁束Ｍが、二次コイル２１の中空部２１ａを通過する。一次コイル１１と二次コイル２１とは磁界を共有する共振関係となるため、コイル間距離（エアギャップ）が１００ｍｍあっても、９０％以上の電力伝送効率が得られる。

しかしながら、実際には、一次コイル１１と二次コイル２１とが理想的な配置となるように、給電装置の位置に合わせて車両を停止させることは困難である。つまり、車両の移動方向（前後方向）における位置ずれは、車止めを用いる等してある程度小さくすることができるが、移動方向に直交する方向（左右方向）においては少なからず位置ずれが生じてしまう。そして、一次コイル１１と二次コイル２１の位置関係が理想的な配置からずれると、一次コイル１１の中空部１１ａを通過した磁束Ｍの一部が二次コイル２１の中空部２１ａを通過せず漏れ磁束Ｍ_Ｌとなる。電力の受け渡しに寄与する磁束数が減少することとなるため、電力伝送効率が著しく低下してしまう（図２、図３参照）。
発表資料等によれば、外径が３００〜５００ｍｍ、内径が２００〜３００ｍｍの２つの円形コイル（円形の渦巻き型コイル）を組み合わせた場合、位置ずれが１００ｍｍ程度まで大きくなると、電力伝送効率が著しく低下して実用性がなくなることが報告されている。

そこで、非接触給電システムにおいては、位置ずれに対する許容距離が大きく（例えば１５０ｍｍ以上）、高い電力伝送効率を確保できるコイルの組み合わせが求められている。給電装置から受電装置への電力伝送に関する先行技術としては、例えば特許文献１〜４がある。

特許文献１には、長円形の渦巻き型コイルを移動体の移動方向に沿うように配置した非接触給電システムが開示されている。この非接触給電システムでは、一次コイル及び二次コイルを長円形状とすることによりコイルの大型化を図ることができるので、大電力の電力伝送が可能となる。
特許文献２には、二次コイルの内径、外径を、一次コイルの内径、外径よりも小さくした非接触給電システムが開示されている。この非接触給電システムでは、位置ずれが生じても一次コイル及び二次コイルの双方に鎖交する磁束の変化は少ないので、広い範囲で電力伝送効率が安定する。
特許文献３、４には、特許文献２とは逆に、二次コイルの内径を、一次コイルの内径よりも大きくした非接触給電システムが開示されている。この非接触給電システムでは、一次コイルと二次コイルの双方に鎖交する磁束の数が広範囲で安定するので、位置ずれが生じても高い電力伝送効率を確保することができる。

特開２００８−１２０２３９号公報 特開２００９−１８８１３１号公報 特開２００８−２８９２４１号公報 国際公開第９９／２７６０３号

しかしながら、特許文献１に記載の非接触給電システムでは、位置ずれが生じると、やはり電力伝送効率が著しく低下する。
特許文献２に記載の非接触給電システムでは、一次コイルと二次コイルが理想的な位置関係に配置された状態であっても漏れ磁束が多く、最大限に電力が伝送される構成ではない。また、漏れ磁束Ｍ_Ｌによって、二次コイル２１の巻線部２１ｂが誘導加熱されるため、二次コイル２１の温度が部分的に上昇して不均一となる虞もある。

特許文献３、４に記載の非接触給電システムでは、一次コイルと二次コイルの寸法（内径、外径）が異なるため、インダクタンスも異なっていると考えられる。したがって、共振現象を容易に利用することができず、コイルの共振現象を利用しようとすると、システムごとに適切な共振用コンデンサーを選定する等、煩雑な作業が必要となる。現状では、安定したインダクタンスを有するリッツ線コイルを製造することは困難であるため、コイルのインダクタンスは厳格に管理されていないと考えられる。

本発明の目的は、一次コイルと二次コイルの位置ずれによる電力伝送効率の低下を抑制できるとともに、共振現象を利用した大電力伝送を容易に実現できる非接触給電システムを提供することである。

本発明に係る非接触給電システムは、エアギャップを介して対向して配置される一次コイル及び二次コイルを備え、前記一次コイル側から前記二次コイル側へ非接触で電力を伝送する電磁誘導型の非接触給電システムであって、
前記一次コイル及び前記二次コイルが、複数本のエナメル線を撚り合わせてなるリッツ線を、同一平面上に所定の巻数で巻線した渦巻き型コイルで構成され、
前記一次コイルと前記二次コイルの外径比（Ｄ２／Ｄ１）が０．８〜１．１、
前記一次コイルと前記二次コイルの内径比（ｄ２／ｄ１）が１．２〜２．０、
前記一次コイルと前記二次コイルのインダクタンス比（Ｌ２／Ｌ１）が０．９〜１．１であることを特徴とする。

本発明によれば、一次コイルと二次コイルの位置ずれによる電力伝送効率の低下を抑制できるとともに、共振現象を利用した大電力伝送を容易に実現することができる。

同寸法の一次コイルと二次コイルが理想的な配置にある場合の鎖交磁束を示す図である。 同寸法の一次コイルと二次コイルが位置ずれしている場合の鎖交磁束の一例を示す図である。 同寸法の一次コイルと二次コイルが位置ずれしている場合の鎖交磁束を示す図である。 実施の形態に係るＥＶ用の非接触給電システムを示す図である。 一次コイル及び二次コイルの構成を示す図である。 図５におけるＡ−Ａ断面図である。 一次コイルと二次コイルの寸法を示す図である。 実施の形態に係る一次コイルと二次コイルが理想的な配置にある場合の鎖交磁束を示す図である。 実施の形態に係る一次コイルと二次コイルが位置ずれしている場合の鎖交磁束の一例を示す図である。 実施の形態に係る一次コイル及び二次コイルの製造方法を示す図である。 実施の形態に係る一次コイル及び二次コイルの製造方法を示す図である。 磁性部材付きの一次コイル及び二次コイルを示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図４は、実施の形態に係るＥＶ用の非接触給電システムを示す図である。図４に示すように、非接触給電システム１は、地上に設置される給電装置１０と、車両Ｃに設置される受電装置２０を備える。
給電装置１０は、一次コイル１１を含む給電回路１１Ａ、インバーター１２、交流電源１３等を備える。給電回路１１Ａは、一次コイル１１の他、共振用コンデンサー（図示略）を含んでいてもよい。
受電装置２０は、二次コイル２１を含む受電回路２１Ａ、整流器２２、二次電池２３等を備える。受電回路２１Ａは、二次コイル２１の他、共振用コンデンサー（図示略）を含んでいてもよい。
給電時には、一次コイル１１と二次コイル２１とは、エアギャップＧを介して対向して配置されることとなる。

給電装置１０において、交流電源１３から供給された商用周波数の交流電圧は、インバーター１２で高周波数（例えば２０ｋＨｚ）の交流電圧に変換され、一次コイル１１を含む給電回路１１Ａに印加される。一次コイル１１に交流電流が流れると、一次コイル１１の周囲に磁界が発生し、一次コイル１１及び二次コイル２１の双方と鎖交する磁束により、二次コイル２１に電位差（電圧）が生じる。そして、二次コイル２１に流れる電流が整流器２２を介して取り出され、二次電池２３に充電される。

図５は、一次コイル１１及び二次コイル２１の構成を示す図である。図６は、図５におけるＡ−Ａ断面図である。
図５、６に示すように、一次コイル１１及び二次コイル２１は、リッツ線ＬＷを同一平面上に所定の巻数Ｎで巻線した円環状の渦巻き型コイル（リッツ線コイルとも呼ばれる）である。図５、６では、一次コイル１１及び二次コイル２１の内径をｄ、外径をＤで示している。一次コイル１１及び二次コイル２１の両端部には、例えば半田付けにより端子金具（図示略）が接続される。

リッツ線ＬＷは、導体に絶縁被膜を焼き付けたエナメル線（素線）を、複数本撚り合わせたものである。エナメル線の導体は、銅又は銅合金であることが好ましく、アルミニウム、アルミニウム合金、又は銅とアルミニウムのクラッド材等を適用することもできる。また、エナメル線の絶縁皮膜には、ポリウレタン、ポリビニルホルマール、ポリウレタンナイロン、ポリエステル、ポリエステルナイロン、ポリエステルイミド、ポリアミドイミド、ポリエステルイミド／ポリアミドイミド、ポリイミド等、リッツ線１１ａの端部を端子金具（図示略）に半田付けする際に高温の半田により溶融する樹脂材料が好適である。

図６に示すように、個々のリッツ線ＬＷは、略矩形の断面形状を有する。リッツ線ＬＷの選定を含むコイル設計、及び巻線条件、加圧条件を適宜設定することにより、リッツ線ＬＷの断面の扁平率を制御することができる。また、リッツ線ＬＷの素線径、撚り本数、絶縁材料等の構成は、製造する一次コイル１１又は二次コイル２１に応じて適宜に選定される。

一次コイル１１及び二次コイル２１は、内径ｄが１５０〜２５０ｍｍ、外径Ｄが３５０〜６００ｍｍ、巻数Ｎが２０〜５０ターンであることが好ましい。また、一次コイル１１及び二次コイル２１の製造に用いられるリッツ線ＬＷは、素線径が０．０４〜０．２５ｍｍ、撚り本数が３００〜４０００本であることが好ましい。これにより、電気特性（特にインダクタンス）の安定化を図ることができるので、ＥＶ用の非接触給電システム１の用途として好適である。

図７に示すように、一次コイル１１の外径をＤ１、二次コイル２１の外径をＤ２としたとき、外径比（Ｄ２／Ｄ１）は０．８〜１．１である。コイルの外径比（Ｄ２／Ｄ１）が０．８よりも小さい（外径差が小さい）と、一次コイル１１と二次コイル２１のインダクタンスＬ１、Ｌ２を同等とするのが困難となる。コイルの外径比（Ｄ２／Ｄ１）が１．１よりも大きいと、車両Ｃに設置する二次コイル２１が大型になるため好ましくない。

一次コイル１１の内径をｄ１、二次コイル２１の内径をｄ２としたとき、内径比（ｄ２／ｄ１）は１．２〜２．０である。一次コイルと二次コイルの内径比（ｄ２／ｄ１）は、好ましくは１．４〜１．８であり、さらに好ましくは１．５〜１．７である。
コイルの内径比（ｄ２／ｄ１）が１．２よりも小さいと、位置ずれの許容距離が小さくなるので、電力伝送効率の低下を抑制できる範囲が狭くなる。コイルの内径比（ｄ２／ｄ１）が２．０よりも大きいと、二次コイル２１の外径を同程度とした場合に巻線できる幅が減少するため、所定のインダクタンスが確保されるように製造するのが困難となり、製造コストが増大する虞がある。所定のインダクタンスを確保するためには重ね巻きすることも考えられるが、コイルの厚みが増大するため、薄型化できる渦巻き型コイルの利点が損なわれる。

二次コイル２１の内径ｄ２を一次コイル１１の内径ｄ１よりも大きく、具体的には内径比（ｄ２／ｄ１）を１．２〜２．０とすることにより、位置ずれが生じても一次コイル１１と二次コイル２１の双方に鎖交する磁束の変化は少なくなる（図８、図９参照）。したがって、位置ずれによる電力伝送効率の低下を抑制することができる。また、漏れ磁束が少ないので、誘導加熱によって二次コイル２１の巻線部の温度が不均一となることもない。なお、一次コイル１１と二次コイル２１の外径比（Ｄ２／Ｄ１）を０．８〜１．１とするので、コイル自体が大型になることもない。

また、一次コイル１１のインダクタンスをＬ１、二次コイル２１のインダクタンスをＬ２としたとき、インダクタンス比（Ｌ２／Ｌ１）は０．９〜１．１である。これにより、給電回路１１Ａと受電回路２１Ａとを容易に共振させることができるので、大電力の伝送が可能となる。なお、給電回路１１Ａと受電回路２１Ａにおいて共振用コンデンサーを用いる場合は、同性能のものを適用することができる。

このように、実施の形態に係る非接触給電システム１によれば、一次コイル１１と二次コイル２１の位置ずれによる電力伝送効率の低下を抑制できるとともに、共振現象を利用した大電力伝送を容易に実現することができる。

一次コイル１１から放射される磁束は三次元的に拡散して減衰するため、従来のように一次コイル１１と二次コイル２１の内径を同じとした組み合わせでは、エアギャップＧ（伝送距離）が大きくなると、双方に鎖交する磁束が減少し、電力伝送効率が著しく低下する。
本実施の形態では、二次コイル２１の内径ｄ２が拡大されているため、内径ｄが同じコイルの組み合わせと比較すると、エアギャップＧを大きくしたときの電力伝送効率の低下は少ない。したがって、エアギャップＧを大きく取ることができるので、車両Ｃへ設置するための設計の自由度が高まり、利便性が増す。例えば、１２５ｍｍの位置ずれまで許容できる場合、エアギャップＧも１２５ｍｍまで拡大することができる。

逆に、エアギャップＧを拡大する必要がない場合は、コイル全体を逆比例して縮小することも可能となる。渦巻き型コイルは、コイルサイズ（外径Ｄ）が比較的大きくなるという欠点があるが、これを改善することができる。例えば、一次コイル１１と二次コイル２１の外径Ｄ１、Ｄ２を４６０ｍｍ、エアギャップＧを１００ｍｍとする場合に、二次コイル２１の内径ｄ２を拡大することにより１２５ｍｍの位置ずれに対応できるようになれば、一次コイル１１及び二次コイル２１の外径Ｄ１、Ｄ２を１００／１２５（＝４／５）、すなわち３６８ｍｍまで縮小しても同じコイル性能が得られる。すなわち、車両Ｃに設置するスペースを大幅に縮小できる上、軽量化、コストダウンを図ることもできる。

上述した一次コイル１１及び二次コイル２１となるリッツ線コイルは、例えば以下に示す方法によって製造することができる。図１０に示すように、本実施の形態では、第１工程において、円環状の平面部１０１と、平面部１０１の中央に円筒状に形成された内径規制部１０３と、平面部１０１の外周縁に起立して形成された外径規制部１０２とを有する巻枠１００を用いる。なお、内径規制部１０３は円柱状に形成されてもよい。

巻枠１００は、後述する第２工程（加圧成形工程）において破損しない程度の強度を有していればよく、例えばアルミニウム合金または鉄で構成される。後述する加圧部材（図示略）も同様である。巻枠１００の寸法は、製造するリッツ線コイルの寸法に合わせて設定される。すなわち、内径規制部１０３の外径がリッツ線コイルの内径ｄに相当し、外径規制部１０２の内径がリッツ線コイルの外径Ｄに相当する。

平面部１０１には、リッツ線コイルの巻数Ｎに整合する間隔で巻線時の目印となる標線１０４が形成される。この標線１０４に沿ってリッツ線ＬＷを配置していくことで、所望の態様に巻線されているかを確認しつつ巻線することができるので、容易に設計通りの巻数とすることができる。

第１工程では、巻枠１００にリッツ線ＬＷを無張力で送り込み、平面部１０１に所定の巻数Ｎで、リッツ線ＬＷ同士が重ならないように渦巻き状に巻線する。具体的には、リッツ線ＬＷの一端部を巻枠１００の内周側（又は外周側）に固定し、巻枠１００を所定の回転速度で回転させる。このとき、リッツ線ＬＷの巻き込み位置の周速度に合わせてリッツ線ＬＷを送り込む。これにより、リッツ線ＬＷは無張力の状態で送り込まれる。第１工程では、リッツ線ＬＷを無張力で送り込むため、リッツ線コイルの外周側からリッツ線ＬＷを巻線することもできる。

リッツ線ＬＷの外径が標線１０４の間隔に略等しい場合、リッツ線ＬＷはほぼ密着した状態で整列して巻線される。この場合、加圧成形によるリッツ線ＬＷの変形量は小さいので、リッツ線ＬＷの扁平率（長辺／短辺）は１．１０〜１．６０となる。
リッツ線ＬＷの外径が標線１０４の間隔よりも小さい場合は、リッツ線ＬＷは隙間をあけて巻線されることとなる。リッツ線ＬＷの外径が小さい程、すなわち隙間が大きい程リッツ線ＬＷの扁平率（長辺／短辺）は大きくなる。コイルの径方向において隙間が４０％以下であれば、リッツ線ＬＷの扁平率（長辺／短辺）は１．１０〜１．６０となる。
なお、リッツ線ＬＷの外径が標線１０４の間隔より大きい場合は、予めリッツ線ＬＷを圧延して扁平させた上で、短辺がコイルの径方向となるように巻線すればよい。

このように、リッツ線ＬＷの外径が標線１０４の間隔以下である場合、後述する第２工程の加圧成形によりリッツ線ＬＷはコイルの径方向に扁平することとなる。すなわち、リッツ線ＬＷの断面において長辺が径方向に沿うため、リッツ線ＬＷの断面積（外径）を大きくすることなく、リッツ線コイルの大径化を図ることができる。したがって、ＥＶ用の非接触給電システム１に好適な、高インダクタンスで軽量のリッツ線コイルを製造することができる。

第１工程では、リッツ線ＬＷの巻線の進行状況に応じて、リッツ線ＬＷの送り出し位置を変化させるのが好ましい。具体的には、トラバース装置を用いることにより、リッツ線ＬＷの送り出し位置を正確に制御することができる。
巻数が増加するに伴ってリッツ線ＬＷの巻き込み位置が変化するため、リッツ線ＬＷの送り出し位置を保持したままとすると、リッツ線ＬＷに張力が付加される虞がある。本実施の形態では、リッツ線ＬＷの送り出し位置を巻線の進行状況に応じて変化させるので、リッツ線ＬＷを確実に無張力で送り込むことができる。

また、巻枠１００の平面部１０１には、リッツ線ＬＷを仮固定する接着部を配置するのが好ましい。例えば、接着部として、帯状の接着テープ（図示略）を、平面部１０１に放射状に配置する。これにより、巻線されたリッツ線ＬＷはその位置に仮固定され、ばらつかないので、容易に設計通りに巻線することができる。
リッツ線ＬＷを仮固定するための接着部として用いた帯状の接着テープ（図示略）を、巻線後（加圧成形後）にリッツ線コイルの径方向に巻回するようにすれば、コイル形状を保持する機能も兼用させることができる。

第１工程（巻線工程）においてリッツ線ＬＷを巻線し終わった状態では、リッツ線ＬＷの振れやリッツ線ＬＷ間の隙間、又はリッツ線ＬＷの浮き上がりなどが残存する。すなわち、コイルとしては欠陥が多く残った状態であり、平坦で安定したコイル形状とはなっていない。そこで、第２工程（加圧成形）を行い、リッツ線コイルを所望の形状に仕上げる。

第２工程では、巻枠１００の平面部１０１に対応する円環形状を有する加圧部材（図示略）によって、巻線されたリッツ線ＬＷを厚さ方向に所定の圧力で加圧成形する。巻線されたリッツ線ＬＷを厚さ方向に加圧成形する（径方向に扁平させる）ことにより、リッツ線ＬＷの断面が矩形となる（図６参照）。

第２工程における加圧力は、要求されるコイル精度に応じて調整される。例えば、第２工程における加圧力を、０．１ＭＰａ以上とすることで、素線間の凹凸や隙間をなくすことができる。また、０．５ＭＰａ以上とすることで、コイル全体をきれいに平坦化することができる。さらには、５．０ＭＰａ以上とすれば、一部の素線を塑性変形させて占積率を上げることができる。

加圧成形したリッツ線コイルのコイル形状を保持するために、リッツ線コイルには所定の処理が施される。例えば、前述したように、帯状の接着テープをコイルの径方向に巻回してコイル形状を固定する。また例えば、リッツ線ＬＷを自己融着線（加熱時に接着力を発現する表層を有するエナメル線）で構成し、加圧成形とともに、又は加圧成形の後に、自己融着線の融着温度で加熱して、リッツ線同士を固着するようにしてもよい。
また例えば、リッツ線コイルの全体に接着剤を塗布してコイル形状を固定するようにしてもよい。この場合、巻枠１００には離型剤を塗布しておくのが好ましい。また例えば、リッツ線コイルを含浸ワニスに浸漬してコイル形状を固定するようにしてもよい。

このように、本実施の形態では、環状の平面部１０１と、平面部１０１の中央に円筒又は円柱状に形成された内径規制部１０３と、外周縁に起立して形成された外径規制部１０２を有する巻枠１００に、リッツ線ＬＷを無張力で送り込み、平面部１０１に所定の巻数Ｎで渦巻き状に巻線する第１工程（巻線工程）と、平面部１０１に対応する形状を有する加圧部材（図示略）によって、巻線されたリッツ線ＬＷを厚さ方向に所定の圧力で加圧成形する第２工程（加圧成形工程）とにより、リッツ線コイルを製造する。

かかる製造方法によれば、コイル形状が高精度で制御されるので、ＥＶ用の非接触給電システム１に好適な、電気特性（特にインダクタンス）のばらつきが極めて小さいリッツ線コイルを、安定して量産することができる。また、コイル全体が一体化しているので、所定の装置（例えばＥＶ用の非接触給電システム）に組み込む際の取り扱いが容易になる。

［実施例］
実施例では、実施の形態で示した製造方法により、一次コイル及び二次コイルを作製した。
一次コイル１１は、内径ｄ１：２２０ｍｍ、外径Ｄ１：４６０ｍｍ、巻線幅：１２０ｍｍ、巻数Ｎ１：２０ターンでリッツ線ＬＷを巻線して作製した。リッツ線ＬＷには、素線径：０．１２ｍｍ、撚り本数：７００本（断面積：７．９ｍｍ^２）のものを用いた。巻線後の加圧成形により、リッツ線ＬＷの断面が６ｍｍ（コイル径方向）×２ｍｍ（厚さ方向）の矩形状となるようにした。つまり、一次コイル１１では、断面略矩形状のリッツ線ＬＷが、長辺がコイルの径方向に沿うようにして配置される。

二次コイル２１は、内径ｄ２：３８０ｍｍ、外径Ｄ２：４６０ｍｍ、巻線幅：４０ｍｍ、巻数Ｎ２：２０ターンでリッツ線ＬＷを巻線して作製した。リッツ線ＬＷには、素線径：０．１２ｍｍ、撚り本数：７００本（断面積：７．９ｍｍ^２）のものを用いた。予めリッツ線ＬＷを圧延した状態で巻線した後、加圧成形により、リッツ線の断面が２ｍｍ（コイル径方向）×６ｍｍ（厚さ方向）の矩形状となるようにした。つまり、二次コイル２１では、断面略矩形状のリッツ線ＬＷが、短辺がコイルの径方向に沿うようにして配置される。

すなわち、実施例では、一次コイル１１と二次コイル２１の内径比（ｄ２／ｄ１）を１．７３とし、外径比（Ｄ２／Ｄ１）を１．０とした。
また、作製した一次コイル１１、二次コイル２１のインダクタンスＬ１、Ｌ２を測定したところ、それぞれ３２０μＨ、３１０μＨであり、インダクタンス比（Ｌ２／Ｌ１）は０．９７であった。

実施例で作製した一次コイル１１と二次コイル２１の組み合わせでは、コイルの内径差（ｄ２−ｄ１）が１６０ｍｍであり、その１／２、すなわち±８０ｍｍの範囲で極めて高い効率（理想的な位置関係と同等の効率）で電力伝送することが可能であった。また、実用的な範囲（理想的な位置関係での電力伝送効率の４０％）を考えると、±１５０ｍｍの位置ずれに対応することができた。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、図１２に示すように、一次コイル１１及び二次コイル２１の対向面とは反対側の面に、フェライト等の磁性材料からなる磁性部材１４、２４を配置するようにしてもよい。磁性部材１４、２４を配置することにより、磁気抵抗の低い通路が形成されるので、結果として一次コイル１１及び二次コイル２１の性能（Ｑ値）が高まり、漏れ磁束を少なくすることができる。
この場合、二次コイル２１側に配置する磁性部材２４の内縁部分に、一次コイル側に延びる延出部２４ａを形成するのが好ましい。これにより、電力伝送に寄与する有効な磁束数が増加し、漏れ磁束が減少するので、高い電力伝送効率を実現することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 非接触給電システム
１０ 給電装置
１１Ａ 給電回路
１１ 一次コイル（給電側コイル）
１２ インバーター
１３ 交流電源
１４ 磁性部材
２０ 受電装置
２１Ａ 受電回路
２１ 二次コイル（受電側コイル）
２２ 整流器
２３ 二次電池
２４ 磁性部材
ｄ コイルの内径
Ｄ コイルの外径
ＬＷ リッツ線

Claims (6)

1. エアギャップを介して対向して配置される一次コイル及び二次コイルを備え、前記一次コイル側から前記二次コイル側へ非接触で電力を伝送する電磁誘導型の非接触給電システムであって、
   前記一次コイル及び前記二次コイルが、複数本のエナメル線を撚り合わせてなるリッツ線を、同一平面上に所定の巻数で巻線した渦巻き型コイルで構成され、
   前記一次コイルと前記二次コイルの外径比（Ｄ２／Ｄ１）が０．８〜１．１、
   前記一次コイルと前記二次コイルの内径比（ｄ２／ｄ１）が１．２〜２．０、
   前記一次コイルと前記二次コイルのインダクタンス比（Ｌ２／Ｌ１）が０．９〜１．１であることを特徴とする非接触給電システム。
2. 前記一次コイルと前記二次コイルの内径比（ｄ２／ｄ１）が１．４〜１．８であることを特徴とする請求項１に記載の非接触給電システム。
3. 前記一次コイルと前記二次コイルの内径比（ｄ２／ｄ１）が１．５〜１．７であることを特徴とする請求項２に記載の非接触給電システム。
4. 前記リッツ線は、素線径が０．０４〜０．２５ｍｍ、撚り数が３００〜４０００本であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の非接触給電システム。
5. 前記一次コイルの内径が１５０〜２５０ｍｍであり、
   前記一次コイル及び前記二次コイルが３５０〜６００ｍｍ、巻数が２０〜５０ターンであることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の非接触給電システム。
6. 前記一次コイルは、断面形状が略矩形の前記リッツ線を長辺がコイルの径方向に沿うように配置した構成を有し、
   前記二次コイルは、断面形状が略矩形の前記リッツ線を短辺がコイルの径方向に沿うように配置した構成を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の非接触給電システム。

Images