JP2019009298A - Coil device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、コイル装置に関する。 The present disclosure relates to a coil device.
特許文献１〜３に記載されるように、非接触給電に用いられるコイル装置が知られている。特許文献１には、フラットなコイルとフラットなフェライトコアとを備えるコイル装置において、コイルおよびフェライトコアをそれぞれ内外に等分し、それらの等分線の位置を対応させる点が記載されている。特許文献２には、分割された複数のフェライトコアを磁束方向および交差方向に配列し、それらのフェライトコア間に、位置決めガイド壁とギャップ板とを配置する点が記載されている。特許文献３には、フェライト粉末を充填した接着剤により、磁性体片を結合させる点が記載されている。
As described in
上記した従来の装置では、コイルのインダクタンス及び複数のコイル間の結合係数がある値に設定され得る。従来の装置では、フェライトコアやシールド材の形状および材質は決められているため、磁気特性（たとえば、インダクタンスや結合係数）は一意に決まる。コイル装置の磁気特性は、たとえば非接触給電システムにおいては、その給電特性に影響し得る。一意に決まった磁気特性は、給電条件や給電性能を制限することになる。 In the conventional apparatus described above, the inductance of the coil and the coupling coefficient between the plurality of coils can be set to a certain value. In the conventional apparatus, since the shape and material of the ferrite core and the shield material are determined, the magnetic characteristics (for example, inductance and coupling coefficient) are uniquely determined. The magnetic characteristics of the coil device can affect the power supply characteristics in, for example, a non-contact power supply system. Uniquely determined magnetic characteristics limit power supply conditions and power supply performance.
本開示は、磁気特性を変動可能なコイル装置を説明する。 The present disclosure describes a coil device capable of varying magnetic properties.
本開示の一態様は、コイルと、コイルに隣接して配置され、所定の厚みを有する１つ又は複数のフェライトコアを含むフェライト部と、を備えるコイル装置であって、フェライト部は、フェライトコアの厚みの方向に直交する方向においてフェライトコアに隣接して設けられ、内部に流路が形成された１つ又は複数の枠体と、枠体の流路内に充填された流体と、流体内に混合された磁性粉と、を含む。フェライトコアの厚みの方向において、枠体の流路の全体もしくは一部はフェライトコアの厚みの範囲内に設けられている。コイル装置は、枠体に連結されて、流路内で流体を流動させると共に流体内の磁性粉を移動させる１つ又は複数の移動機構を備える。 One aspect of the present disclosure is a coil device including a coil and a ferrite portion that is disposed adjacent to the coil and includes one or more ferrite cores having a predetermined thickness, the ferrite portion including the ferrite core One or a plurality of frames provided adjacent to the ferrite core in a direction perpendicular to the thickness direction, and having a flow path formed therein, a fluid filled in the flow path of the frame, And magnetic powder mixed in In the direction of the thickness of the ferrite core, the whole or part of the flow path of the frame is provided within the thickness range of the ferrite core. The coil device includes one or a plurality of moving mechanisms that are connected to the frame and cause the fluid to flow in the flow path and move the magnetic powder in the fluid.
このコイル装置によれば，フェライトコアは，コイルに通電して発生させた磁束の方向付けおよび対向するコイルとの間の空間以外に磁束が広がるのを抑制する役割を担う。フェライト部に設けられた移動機構は、フェライトコアに隣接する枠体の流路内で流体を流動させ、磁性粉を移動させる。この流路の全体もしくは一部はフェライトコアの厚みの範囲内に設けられているので、移動機構は、フェライトコアの厚みの範囲内に存在する磁性粉の量、すなわち磁性粉の充填量を変動可能である。磁性粉の充填量を変動させることにより、フェライト部の実効透磁率が変動する。よって、このコイル装置は、インダクタンスや結合係数を含む磁気特性を変動可能である。このことは、たとえばコイル装置が非接触給電システムに用いられた場合、給電条件や給電性能の領域（とり得る値の範囲）が広げられることを意味する。 According to this coil device, the ferrite core plays a role of suppressing the spreading of the magnetic flux in a direction other than the direction of the magnetic flux generated by energizing the coil and the space between the opposing coils. The moving mechanism provided in the ferrite part moves the fluid in the flow path of the frame adjacent to the ferrite core to move the magnetic powder. Since all or part of this flow path is provided within the thickness range of the ferrite core, the moving mechanism varies the amount of magnetic powder existing within the ferrite core thickness range, that is, the amount of magnetic powder filled. Is possible. By changing the filling amount of the magnetic powder, the effective permeability of the ferrite portion is changed. Therefore, this coil device can change the magnetic characteristics including the inductance and the coupling coefficient. This means that, for example, when the coil device is used in a non-contact power supply system, the power supply conditions and the power supply performance area (range of possible values) are expanded.
いくつかの態様において、枠体は、複数のフェライトコアの間の間隙に沿って延びる流路の一部を形成するギャップ部を含む。複数のフェライトコアの間の間隙は、フェライトコアの透磁率よりも低い透磁率を有する。この間隙に沿って延びる流路の一部に流体が充填されているだけの場合、その間隙における透磁率は、フェライトコアの透磁率よりも低い。流体内に混合された磁性粉の充填量を変動させることにより、ギャップ部における透磁率が変動する。よって、コイル装置全体として、磁気特性を容易に変動可能である。 In some embodiments, the frame includes a gap portion that forms part of a flow path that extends along a gap between the plurality of ferrite cores. The gap between the plurality of ferrite cores has a permeability that is lower than the permeability of the ferrite core. When only a part of the flow path extending along the gap is filled with fluid, the permeability in the gap is lower than the permeability of the ferrite core. By varying the filling amount of the magnetic powder mixed in the fluid, the magnetic permeability in the gap portion varies. Therefore, the magnetic characteristics of the coil device as a whole can be easily changed.
いくつかの態様において、フェライト部は、上記の直交する方向に並べられた複数のフェライトコアと、フェライトコアのそれぞれに対して設けられ、流路が個別に形成された複数の枠体と、を含み、複数の移動機構が、枠体のそれぞれに対して設けられている。この場合、フェライト部のある一部分と他の部分とにおいて、実効透磁率を個別に変動可能である。たとえば、磁性粉の充填量を不均一にすること等も可能である。よって、コイル装置内において磁気特性を制御可能である。 In some embodiments, the ferrite portion includes a plurality of ferrite cores arranged in the orthogonal direction, and a plurality of frames that are provided for each of the ferrite cores and in which the flow paths are individually formed. A plurality of moving mechanisms are provided for each of the frames. In this case, the effective magnetic permeability can be individually changed in one part and the other part of the ferrite part. For example, it is possible to make the filling amount of the magnetic powder non-uniform. Therefore, the magnetic characteristics can be controlled in the coil device.
いくつかの態様において、枠体は、流体および磁性粉が循環可能な流路を形成しており、移動機構は、フェライト部内で流体および磁性粉を循環させるように構成されている。この場合、移動機構によって流体および磁性粉が循環させられるので、流体および磁性粉の閉じたループ（系）が形成される。よって、磁気特性の変動に必要な要素をコンパクトに組み立てて、それらをコイル装置内に組み込むことができる。一定量の流体および磁性粉を用いるだけで、上記した磁気特性の変動が可能になる。また流体を熱媒体として利用し、熱分散の役割を流体に担わせることもできる。このように、熱的にも有利な構造が実現される。 In some embodiments, the frame forms a flow path through which fluid and magnetic powder can be circulated, and the moving mechanism is configured to circulate the fluid and magnetic powder in the ferrite portion. In this case, since the fluid and the magnetic powder are circulated by the moving mechanism, a closed loop (system) of the fluid and the magnetic powder is formed. Therefore, it is possible to assemble the elements necessary for fluctuation of the magnetic characteristics in a compact manner and incorporate them into the coil device. The variation of the magnetic characteristics described above can be achieved only by using a certain amount of fluid and magnetic powder. Further, the fluid can be used as a heat medium, and the role of heat dispersion can be assigned to the fluid. In this way, a thermally advantageous structure is realized.
本開示のいくつかの態様によれば、インダクタンスや結合係数を含む磁気特性を変動可能である。 According to some aspects of the present disclosure, magnetic properties including inductance and coupling coefficient can be varied.
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant descriptions are omitted.
まず、図１を参照して、第１実施形態に係るコイル装置１を説明する。コイル装置１は、たとえば、非接触給電システムにおける受電装置または送電装置に用いられる。非接触給電システムは、たとえば電気自動車やハイブリッド自動車等の車両に搭載されたバッテリを充電するためのシステムである。コイル装置１は、受電装置および送電装置の両方に用いられてもよい。
First, the
コイル装置１が受電装置に用いられる場合、受電コイル装置としてのコイル装置１は、たとえば車両のシャシー等に固定される。コイル装置１には、受電回路および充電回路などを介して、バッテリが接続される。コイル装置１が送電装置に用いられる場合、送電コイル装置としてのコイル装置１は、たとえば路面に固定される。コイル装置１には、送電回路および整流回路などを介して、外部電源が接続される。
When the
送電コイル装置と受電コイル装置とが上下方向において対面し、内部のコイル同士が電磁気的に結合して電磁結合回路を形成することにより、送電コイル装置のコイルから受電コイル装置のコイルへと非接触給電が行われる。言い換えれば、受電コイル装置は、送電コイル装置から非接触で電力を受け取る。電磁結合回路は、「電磁誘導方式」で給電を行う回路であってもよく、「磁界共鳴方式」で給電を行う回路であってもよい。 The power transmission coil device and the power reception coil device face each other in the vertical direction, and the internal coils are electromagnetically coupled to form an electromagnetic coupling circuit, so that the coil of the power transmission coil device does not contact the coil of the power reception coil device. Power is supplied. In other words, the power receiving coil device receives electric power from the power transmitting coil device in a contactless manner. The electromagnetic coupling circuit may be a circuit that supplies power by the “electromagnetic induction method” or may be a circuit that supplies power by the “magnetic resonance method”.
コイル装置１は、たとえば扁平な形状をなす。コイル装置１は、筐体２と、筐体２内に収容されるコイルＣ、ボビン６、およびフェライト部８とを備える。筐体２は、ベース４と、ベース４に固定されるカバー３とを含む。後に詳述されるフェライト部８は、図１では仮想線で表されている。
The
ベース４は、コイルＣの裏面側に配置された板状部材であり、コイル装置１の全体としての剛性を確保する。ベース４は、たとえば、非磁性材料であって導電性を有する材料からなる。ベース４は、剛性の高い材料であって、透磁率の低い金属（たとえばアルミニウム等）からなる。これにより、ベース４は、漏えい磁束の外部流出を遮蔽し得る。言い換えれば、ベース４は、磁気シールド特性を有する。
The
カバー３は、コイルＣの表面側に配置された箱体であり、コイルＣを含む内装部品を保護する。カバー３は、たとえば、非磁性かつ非導電性の材料（たとえばＧＦＲＰ（ガラス繊維強化樹脂）等）からなる。カバー３は、いわば外装カバーである。
The
これらのカバー３およびベース４によって、コイルＣを収容する収容空間が形成されている。コイル装置１が送電コイル装置および受電コイル装置の両方に適用される場合、これらのいずれか一方である第１コイル装置のカバー３と、いずれか他方である第２コイル装置のカバー３とが、所定の離間距離をもって対面する。第１コイル装置のベース４と、第２コイル装置のベース４とは、それぞれのコイルＣに対して、他のコイル装置に対面する側とは反対側に設けられる。ベース４は、車両や路面に固定される側に配置される。コイル装置１の扁平な各部において、対面する他のコイル装置に近い面を「表面」といい、他のコイル装置から遠い面、すなわち表面とは反対側の面を「裏面」という。
A housing space for housing the coil C is formed by the
コイルＣ、ボビン６、およびフェライト部８は、一体になって、筐体２内に取り付けられている。筐体２内において、コイルＣおよびボビン６は、たとえば表面側に配置されており、フェライト部８は、たとえば裏面側に配置されている。
The coil C, the
コイルＣは、導線７を含む。コイルＣは、たとえば、同一平面内で略矩形の渦巻状に巻回された導線７によって形成される。コイルＣが受電装置に設けられる場合、コイルＣは、誘導電流を発生させる。コイルＣが送電装置に設けられる場合、コイルＣは、磁束を発生させる。コイルＣは、たとえばサーキュラー型のコイルである。サーキュラー型のコイルにおいて、導線７は、巻軸を囲むようにして、巻線方向に導線７が巻かれている。この場合、巻線方向は渦巻状に延びる方向であり、巻軸（Ｚ方向）に垂直な平面（ＸＹ平面）に沿った方向である。導線７としては、たとえば、互いに絶縁された複数の導体素線が撚り合わされたリッツ線が用いられる。導線７としては、表皮効果による高周波抵抗を抑えたリッツ線が用いられる。導線７は、銅もしくはアルミニウムの単線であってもよい。
Coil C includes a
ボビン６は、コイルＣを保持する。ボビン６は、ボビン６に対して導線７が巻回されることで導線７を保持する平板状の部材である。ボビン６は、たとえば表面側に形成された溝を有している。この溝内に導線７が配置されることで、ボビン６は導線７を保持する。ボビン６は、非磁性かつ非導電性の材料（たとえばシリコーンやポリフェニレンサルファイド樹脂等）からなる。
The
フェライト部８は、ボビン６の裏面側、すなわちボビン６とベース４との間に配置されている。フェライト部８は、コイルＣに隣接して配置される。フェライト部８は、ボビン６の大きさに略等しくてもよく、ボビン６より大きくてもよい。フェライト部８およびコイルＣの間にはボビン６が介在するため、フェライト部８およびコイルＣは当接しない。なお、フェライト部８およびコイルＣが当接する構成であってもよい。
The
続いて、図２、図３および図４を参照して、フェライト部８およびその周辺の構成について詳述する。図２に示されるように、コイル装置１のフェライト部８は、複数の（たとえば４枚の）フェライトコア１２と、フェライトコア１２の周囲に設置された１つの枠体１１とを含む。枠体１１はＺ方向に開口する複数の開口部を有しており、これらの開口部にフェライトコア１２が嵌め込まれている。フェライトコア１２は枠体１１に当接してもよいし、当接しなくてもよい。枠体１１は、フェライトケースである。
Next, the configuration of the
枠体１１は、中空の部材であり、枠体１１の内部には流路が形成されている。枠体１１内の流路は、本実施形態では循環流路である。枠体１１は、磁性材かつ非導電性が望ましいが、非導電性であれば非磁性材であっても構わない。枠体１１は、たとえばＭｎ＿Ｚｎ系フェライト、ポリカーボネート樹脂等からなってもよい。
The
フェライトコア１２は、磁性体であるフェライトからなる。フェライトコア１２は、たとえば高透磁率を有する磁性材である。図３に示されるように、フェライトコア１２は、たとえば矩形の板状である。フェライトコア１２は、所定の厚みを有する。コイルＣが受電装置に設けられる場合、フェライトコア１２は、コイルＣの周囲に発生した磁場の方向付けおよび集約を行う。コイルＣが送電装置に設けられる場合、フェライトコア１２は、コイルＣから発生した磁束の方向付けおよび対向するコイルとの間の空間以外に磁束が広がるのを抑制する役割を担う。
The
複数のフェライトコア１２は、平面状に並べられている。複数のフェライトコア１２は、たとえばＸ方向およびＹ方向に並べられている。フェライトコア１２は、隣接する他のフェライトコア１２との間に間隙１４が形成されるように配列されている。複数のフェライトコア１２は、それらの辺が平行になるように配列されている。間隙１４は、一定の幅をもってＸ方向およびＹ方向に延びる。言い換えれば、間隙１４は、十字状に延びる。間隙１４は、エアギャップである。なお、間隙１４の幅（すなわちフェライトコア１２，１２間の距離）は、適宜に設定され得る。
The plurality of
図３に示されるように、枠体１１は、複数のフェライトコア１２の全体の外周に沿って延びる矩形状の外周部１１ａと、外周部１１ａの内側に連結された十字状のギャップ部１１ｂとを含む。ギャップ部１１ｂは、上記した間隙１４に配置される。ギャップ部１１ｂ内の流路は、間隙１４に沿って延びる流路である。
As shown in FIG. 3, the
枠体１１の外周部１１ａおよびギャップ部１１ｂは、フェライトコア１２の厚みの方向（Ｚ方向）に直交する方向（Ｘ方向およびＹ方向）において、フェライトコア１２に隣接している。図４に示されるように、外周部１１ａおよびギャップ部１１ｂは、フェライトコア１２の厚みの範囲内に設けられている。なお、外周部１１ａ内の流路およびギャップ部１１ｂ内の流路がフェライトコア１２の厚みの範囲内に設けられていて、外周部１１ａおよびギャップ部１１ｂの管壁がフェライトコア１２の厚みの範囲外に突出していてもよい。外周部１１ａ内の流路およびギャップ部１１ｂ内の流路が、少なくともフェライトコア１２の厚みの範囲内に設けられていればよい。すなわち、外周部１１ａ内の流路およびギャップ部１１ｂ内の流路が、フェライトコア１２の厚みの範囲からはみ出ていてもよい。流路は、フェライトコア１２の厚みの方向において、ボビン６の底面からベース４の上面の範囲内で、フェライトコア１２の厚みを含むように設けられる。
The outer
フェライト部８は、枠体１１の流路内に充填された流体１６（図４参照）と、流体１６内に混合された磁性粉１７とを更に含む。
The
流体１６は、流動性を有する物質であればよい。流体１６は、たとえば油または水であってもよい。流体１６は、絶縁油または冷媒等であってもよい。流体１６は、他の物質を含む溶液であってもよい。流体１６は、液体である場合に限られず、空気等の気体であってもよい。流体１６は、内部に浮遊する磁性粉１７を移動（流動）させ易い物質であることが好ましい。
The fluid 16 may be a substance having fluidity. The fluid 16 may be oil or water, for example. The fluid 16 may be an insulating oil or a refrigerant. The fluid 16 may be a solution containing other substances. The fluid 16 is not limited to being a liquid, and may be a gas such as air. The fluid 16 is preferably a substance that easily moves (flows) the
磁性粉１７は、たとえば、軟磁性粉である。磁性粉１７は、たとえば、フェライト磁性粉末でもよいし、アモルファス金属磁性粉末でもよい。磁性粉１７が軟磁性粉であると、磁場の向きに対する磁性粉１７の追従性が高まる。磁性粉１７は、低伝導率で且つ高透磁率を有する磁性材であることが好ましい。なお、磁性粉１７は、軟磁性粉でなくてもよい。流体１６に混合される磁性粉１７の量（重量）は、コイル装置１に必要とされる磁気特性に応じて、適宜に設定され得る。磁性粉１７の粒径も適宜に設定され得る。磁性粉１７の混合量および粒径は、流体１６内で磁性粉１７が移動（流動）し易いように設定されてもよい。
The
上記した流路の配置に起因して、流体１６および磁性粉１７は、少なくともフェライトコア１２の厚みの範囲内に存在する。
Due to the arrangement of the flow paths described above, the fluid 16 and the
流体１６および磁性粉１７を循環（移動）させるための構成について、詳細に説明する。図２および図３に示されるように、コイル装置１は、枠体１１に連結されて、流路内で流体１６を流動させると共に流体１６内の磁性粉１７を循環（移動）させる１つの循環機構（移動機構）１３を備える。
A configuration for circulating (moving) the
枠体１１は、外周部１１ａの端部に連結された連結部１１ｃを含む。この連結部１１ｃに、循環機構１３が連結されている。外周部１１ａ、ギャップ部１１ｂ、および連結部１１ｃにおいて、内部の流路は連通している。外周部１１ａ、ギャップ部１１ｂ、および連結部１１ｃを含む枠体１１は、流体１６および磁性粉１７が循環可能な循環流路を形成している。
The
循環機構１３は、たとえば筒状のケースと、ケースの内部に設けられたモータおよびポンプ（いずれも図示せず）を含んでもよい。ケースの内部は流路に連通している。モータによって回転させられたポンプ（たとえばプロペラ）は、循環機構１３の第１端から流体１６および磁性粉１７を吸い込み、循環機構１３の第２端から流体１６および磁性粉１７を吐出する。これにより、枠体１１内を、流体１６および磁性粉１７が循環する。
循環機構１３は、ケースの内部に設けられた流量調整器（図示せず）を含んでもよい。この流量調整器は、フィルタとして機能し得る１つ又は複数の羽根部材を含む。羽根部材は、多数の孔を有する。羽根部材は、たとえばメッシュ状であってもよい。羽根部材には回転軸が取り付けられており、羽根部材のフィルタ角または面積調整が可能になっている。流量調整器が、羽根部材の駆動によってフィルタとしての抵抗量を変動させることにより、磁性粉１７の循環量が変動する。これにより、循環機構１３は、外周部１１ａおよびギャップ部１１ｂに存在する磁性粉１７の量、すなわち磁性粉１７の充填量を調整自在になっている。
The
なお、循環機構の構成は上記に限られない。流体１６および磁性粉１７を循環（移動）させるように構成されていればよい。循環機構として、他の公知の機構が採用されてもよい。循環機構にフィルタ機能が備わっていてもよいが、フィルタ機能が備わっていなくてもよい。たとえば、循環速度の調整によって磁性粉１７の充填量を変動させる構成が採用されてもよい。たとえば、ポンプの吐出流量を減少させることで磁性粉１７の充填量を減少させ、ポンプの吐出流量を増大させることで磁性粉１７の充填量を増大させる構成が採用されてもよい。所定量の磁性粉１７を連結部１１ｃおよび循環機構１３に保持しておくことで磁性粉１７の充填量を調整する構成が採用されてもよい。
The configuration of the circulation mechanism is not limited to the above. What is necessary is just to be comprised so that the fluid 16 and the
循環機構１３は、コイル装置１の筐体２内に収容されてもよい。循環機構１３は、筐体２の外部に設けられてもよい。
The
循環機構１３の羽根部材を駆動させるアクチュエータ又はポンプを駆動させるモータは、たとえば、非接触給電システムに設けられる位置検出システムのコントローラからの指令に基づいて作動するように構成されている。循環機構１３は、たとえばＷｉｆｉ等の無線通信によってコントローラからの指令信号を受信してもよい。循環機構１３は、位置検出システムによって検出される位置ずれに連動して、コントローラによって制御される。その結果、磁性粉１７の充填量も、位置検出システムによって検出される位置ずれに連動して変動させられる。
The actuator that drives the blade member of the
枠体１１が設けられた部分の透磁率は、フェライトコア１２の透磁率よりも低くなっている。本実施形態のフェライト部８では、磁性粉１７の充填量が変動可能であるので、フェライト部８の実効透磁率も変動可能になっている。フェライト部８の実効透磁率が変動させられる範囲は、任意に設定され得る。
The magnetic permeability of the portion where the
本実施形態のコイル装置１によれば、コイルＣの周りに磁束が発生した場合、フェライト部８は、たとえば磁束の方向付けおよび対向するコイルとの間の空間以外に磁束が広がるのを抑制する役割を担う。フェライト部８に設けられた循環機構１３は、フェライトコア１２に隣接する枠体１１の流路内で流体１６を流動させ、磁性粉１７を移動させる。この流路の一部はフェライトコア１２の厚みの範囲内に設けられているので、循環機構１３は、フェライトコア１２の厚みの範囲内に存在する磁性粉１７の充填量を変動可能である。磁性粉１７の充填量を変動させることにより、フェライト部８の実効透磁率が変動する。よって、このコイル装置１は、インダクタンスや結合係数を含む磁気特性を変動可能である。このことは、たとえばコイル装置１が非接触給電システムに用いられた場合、給電条件（たとえばコイルの位置ずれ条件）や給電性能（たとえば伝送効率）の制限領域（とり得る値の範囲）が広げられることを意味する。なお流路は、フェライトコア１２を透過した磁束の一部もしくは全部が流路内を透過するよう、フェライトコア１２間の厚みの範囲内を含むように設けられる。特に、流路の厚み方向の大きさは、フェライトコア１２の厚みと同等かそれ以上が好ましい。これにより、フェライトコア１２を透過した磁束のすべてが流路を透過するようにし、磁気抵抗を低下させることができる。すなわち、磁気抵抗は磁束の鎖交面積に反比例するので、流路の厚み方向が大きいほど、磁路による実効透磁率の変化は大きい。なお、本実施形態とは違って、もし流路全体（流体１６および磁性粉１７）がフェライトコア１２の厚みの範囲外、たとえば送電コイル上面や送電コイルを囲う形状で存在したとすると、フェライトコア１２を透過した磁束が流路を透過しなくなるため、非接触給電の効率が低下する。
According to the
複数のフェライトコア１２の間の間隙１４は、フェライトコア１２の透磁率よりも低い透磁率を有する。この間隙１４に沿って延びる流路の一部に流体１６が充填されているだけの場合、その間隙１４における透磁率は、フェライトコア１２の透磁率よりも低い。流体１６内に混合された磁性粉１７の充填量を変動させることにより、ギャップ部１１ｂにおける透磁率が変動する。よって、コイル装置１全体として、磁気特性を容易に変動可能である。
The
循環機構１３によって流体１６および磁性粉１７が循環させられるので、流体１６および磁性粉１７の閉じたループ（系）が形成される。よって、磁気特性の変動に必要な要素をコンパクトに組み立てて、それらをコイル装置１内に組み込むことができる。一定量の流体１６および磁性粉１７を用いるだけで、上記した磁気特性の変動が可能になる。また流体１６を熱媒体として利用し、熱分散の役割を流体に担わせることもできる。このように、熱的にも有利な構造が実現される。
Since the fluid 16 and the
続いて、図５以降を参照して、第２実施形態に係るコイル装置を説明する。このコイル装置のフェライト部８Ａは、Ｘ方向およびＹ方向に並べられた複数の（たとえば４つの）分割フェライト部２０Ａ〜２０Ｄを含む。第１分割フェライト部２０Ａ、第２分割フェライト部２０Ｂ、第３分割フェライト部２０Ｃ、および第４分割フェライト部２０Ｄは、２×２列をなして平面状に並べられている。
Next, the coil device according to the second embodiment will be described with reference to FIG. The
第１分割フェライト部２０Ａは、第１フェライトコア２２Ａと、第１フェライトコア２２Ａの周囲に設けられた第１枠体２１Ａとを含む。第１枠体２１Ａは、第１フェライトコア２２Ａに隣接している。第１フェライトコア２２Ａおよび第１枠体２１Ａは、第１実施形態のフェライトコア１２および枠体１１と同様の構成を有してもよい。第１枠体２１Ａの流路内には流体１６が充填され、流体１６内には磁性粉１７が混合されている。第１枠体２１Ａに連結された連結管２３に、第１循環機構１３Ａが連結されている。第１フェライトコア２２Ａ、第１枠体２１Ａ、連結管２３および第１循環機構１３Ａを備える第１分割フェライト部２０Ａは、第１実施形態のフェライト部８と同様の構成および機能を有してもよい。
The first divided
第２分割フェライト部２０Ｂ、第３分割フェライト部２０Ｃ、および第４分割フェライト部２０Ｄも、第１分割フェライト部２０Ａと同一の構成を有する。第２分割フェライト部２０Ｂは、第２フェライトコア２２Ｂ、第２枠体２１Ｂ、連結管２３および第２循環機構１３Ｂを備える。第３分割フェライト部２０Ｃは、第３フェライトコア２２Ｃ、第３枠体２１Ｃ、連結管２３および第３循環機構１３Ｃを備える。第４分割フェライト部２０Ｄは、第４フェライトコア２２Ｄ、第４枠体２１Ｄ、連結管２３および第４循環機構１３Ｄを備える。
The second divided
フェライト部８Ａにおいて、第１循環機構１３Ａ、第２循環機構１３Ｂ、第３循環機構１３Ｃ、および第４循環機構１３Ｄのそれぞれは、たとえば位置検出システムによって検出される位置ずれに連動して、位置検出システムのコントローラによって制御される。
In the
このように、フェライト部８Ａは、Ｘ方向およびＹ方向に並べられた複数のフェライトコア２２Ａ〜２２Ｄと、フェライトコア２２Ａ〜２２Ｄのそれぞれに対して設けられた複数の枠体２１Ａ〜２１Ｄとを含む。複数の枠体２１Ａ〜２１Ｄには、それぞれ流路が個別に形成されている。「流路が個別に形成される」とは、複数の流路が互いに連通していないことを意味する。各流路に封入された流体１６および磁性粉１７は、各分割フェライト部内に保持されており、分割フェライト部の外部に流出することはない。したがって、循環機構１３Ａ〜１３Ｄは、各流体１６および各磁性粉１７の循環比率を独立して制御可能である。
As described above, the
図６および図７を参照して、フェライト部８Ａが適用された非接触給電システムにおける制御を説明する。以下の説明では、フェライト部８Ａが送電コイル装置に適用される例について説明する。まず、受電コイル装置３０のコイルＣ（車載コイル）の位置が検出される（ステップＳ０１）。次に、そのコイルＣのＺ方向の位置ずれは閾値以上であるか否かが判断される（ステップＳ０２）。この閾値は、コントローラに予め記憶されている。なお、位置検出システムにおける位置ずれの検出は、公知の方法を用いて行われ得る。
With reference to FIG. 6 and FIG. 7, the control in the non-contact electric power feeding system to which the
コイルＣのＺ方向の位置ずれは閾値以上ではないと判断された場合（ステップＳ０２：ＮＯ）、基準制御が行われる（ステップＳ０３）。この基準制御では、分割フェライト部２０Ａ〜２０Ｄの循環機構１３Ａ〜１３Ｄがそれぞれ駆動され（アクティブになり）、分割フェライト部２０Ａ〜２０Ｄにおける磁性粉１７の充填量はいずれも基準値に維持される。ここで、基準値とは、位置ずれが無しの時に磁気特性が最適化された充填量の値を意味する。また、循環機構が駆動される（アクティブになる）とは、磁性粉１７の充填量が基準値または基準値よりも高い値に維持されることを意味する。
When it is determined that the positional deviation of the coil C in the Z direction is not greater than or equal to the threshold value (step S02: NO), reference control is performed (step S03). In this reference control, the
コイルＣのＺ方向の位置ずれが閾値以上であると判断された場合（ステップＳ０２：ＹＥＳ）、増大制御が行われる（ステップＳ０４）。この増大制御では、分割フェライト部２０Ａ〜２０Ｄの循環機構１３Ａ〜１３Ｄがそれぞれ駆動され（アクティブになり）、分割フェライト部２０Ａ〜２０Ｄにおける磁性粉１７の充填量は基準値よりも高い値に維持される。その結果、フェライト部８Ａにおける磁気特性（インダクタンスおよび結合係数）が上昇する。
When it is determined that the positional deviation of the coil C in the Z direction is greater than or equal to the threshold (step S02: YES), increase control is performed (step S04). In this increase control, the
次に、コイルＣのＸ方向およびＹ方向の位置ずれは閾値以上であるか否かが判断される（ステップＳ０５）。この閾値は、コントローラに予め記憶されている。 Next, it is determined whether or not the positional deviation of the coil C in the X direction and the Y direction is greater than or equal to a threshold value (step S05). This threshold value is stored in advance in the controller.
コイルＣのＸ方向およびＹ方向の位置ずれは閾値以上ではないと判断された場合（ステップＳ０５：ＮＯ）、充填量維持制御が行われる（ステップＳ０６）。この充填量維持制御では、分割フェライト部２０Ａ〜２０Ｄの循環機構１３Ａ〜１３Ｄがそれぞれ駆動され（アクティブになり）、分割フェライト部２０Ａ〜２０Ｄにおける磁性粉１７の循環比率（充填量）はそのままに維持される。
When it is determined that the positional deviation of the coil C in the X direction and the Y direction is not greater than or equal to the threshold (step S05: NO), the filling amount maintenance control is performed (step S06). In this filling amount maintenance control, the
コイルＣのＸ方向およびＹ方向の位置ずれが閾値以上であると判断された場合（ステップＳ０５：ＹＥＳ）、充填量調整制御が行われる（ステップＳ０７）。この充填量調整制御では、分割フェライト部２０Ａ〜２０Ｄの循環機構１３Ａ〜１３Ｄのうちの全部または一部が駆動され（アクティブになり）、分割フェライト部２０Ａ〜２０Ｄにおける磁性粉１７の循環比率（充填量）は変更される。
When it is determined that the positional deviation of the coil C in the X direction and the Y direction is greater than or equal to the threshold value (step S05: YES), the filling amount adjustment control is performed (step S07). In this filling amount adjustment control, all or part of the
その後、給電が開始される（ステップＳ０８）。 Thereafter, power feeding is started (step S08).
図７に示されるように、ステップＳ０７の充填量調整制御では、Ｘ方向およびＹ方向の各位置ずれ量に対応する領域（分割フェライト部２０Ａ〜２０Ｄ）の各循環比率が変更される。まず、位置ずれ方向（位置ずれパターン）が判断される（ステップＳ１１）。
As shown in FIG. 7, in the filling amount adjustment control in step S07, the circulation ratios of the regions (divided
ステップＳ１１においてＸ方向に位置ずれが生じていると判断されると、Ｘ方向における充填量偏在制御が行われる（ステップＳ１２）。このＸ方向における充填量偏在制御では、受電コイル装置３０のコイルＣに対面するＸ方向の第１端側の分割フェライト部、すなわち第２分割フェライト部２０Ｂおよび第３分割フェライト部２０Ｃにおける磁性粉１７の充填量が高められる。受電コイル装置３０のコイルＣに対面しないＸ方向の第２端側の分割フェライト部、すなわち第１分割フェライト部２０Ａおよび第４分割フェライト部２０Ｄにおける磁性粉１７の充填量は、第２分割フェライト部２０Ｂおよび第３分割フェライト部２０Ｃにおける磁性粉１７の充填量よりも小さくなる。
If it is determined in step S11 that a positional deviation has occurred in the X direction, filling amount uneven distribution control in the X direction is performed (step S12). In the filling amount uneven distribution control in the X direction, the
ステップＳ１１においてＹ方向に位置ずれが生じていると判断されると、Ｙ方向における充填量偏在制御が行われる（ステップＳ１３）。このＹ方向における充填量偏在制御では、受電コイル装置３０のコイルＣに対面するＹ方向の第１端側の分割フェライト部、すなわち第３分割フェライト部２０Ｃおよび第４分割フェライト部２０Ｄにおける磁性粉１７の充填量が高められる。受電コイル装置３０のコイルＣに対面しないＹ方向の第２端側の分割フェライト部、すなわち第１分割フェライト部２０Ａおよび第２分割フェライト部２０Ｂにおける磁性粉１７の充填量は、第３分割フェライト部２０Ｃおよび第４分割フェライト部２０Ｄにおける磁性粉１７の充填量よりも小さくなる。
If it is determined in step S11 that a positional deviation has occurred in the Y direction, filling amount uneven distribution control in the Y direction is performed (step S13). In the filling amount uneven distribution control in the Y direction, the
ステップＳ１１においてＸ方向およびＹ方向に位置ずれが生じていると判断されると、ＸＹ方向における充填量偏在制御が行われる（ステップＳ１４）。このＸＹ方向における充填量偏在制御では、受電コイル装置３０のコイルＣに対面するＸＹ方向（右斜め上方向）の分割フェライト部、すなわち第１分割フェライト部２０Ａおよび第３分割フェライト部２０Ｃにおける磁性粉１７の充填量が高められる。受電コイル装置３０のコイルＣに対面しないＸＹ方向（右斜め下方向）の分割フェライト部、すなわち第２分割フェライト部２０Ｂおよび第４分割フェライト部２０Ｄにおける磁性粉１７の充填量は、第１分割フェライト部２０Ａおよび第３分割フェライト部２０Ｃにおける磁性粉１７の充填量よりも小さくなる。
If it is determined in step S11 that a positional deviation has occurred in the X direction and the Y direction, filling amount uneven distribution control in the XY direction is performed (step S14). In this filling amount uneven distribution control in the XY direction, the magnetic powder in the divided ferrite portion in the XY direction (upwardly to the right) facing the coil C of the receiving
以上の充填量調整制御は、磁気特性（インダクタンスおよび結合係数）を上昇させる。図８（ａ）は、位置ずれ無しの場合におけるインダクタンス（左下がり斜線）および結合係数（右下がり斜線）の増減比（枠体２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄの流路の実効透磁率が１の場合を基準）をそれぞれ示す図である。図中、μａは、第１分割フェライト部２０Ａの枠体２１Ａを流れる流体部および第３分割フェライト部２０Ｃの枠体２１Ｃを流れる流体部における実効透磁率を意味する。μｂは、第２分割フェライト部２０Ｂの枠体２１Ｂを流れる流体部および第４分割フェライト部２０Ｄの枠体２１Ｄを流れる流体部における実効透磁率を意味する。
The above filling amount adjustment control increases the magnetic characteristics (inductance and coupling coefficient). FIG. 8A shows an increase / decrease ratio (
図８（ａ）に示されるように、位置ずれ無しの場合、いずれの分割フェライト部でも実効透磁率を上昇させることにより（破線で囲まれた棒グラフ参照）、フェライト部８Ａの磁気特性（インダクタンスおよび結合係数）を上昇させることができる。すなわち、すべての分割フェライト部で循環比率を等しくすることが磁気特性の観点で効果的である。
As shown in FIG. 8A, in the case of no misalignment, the magnetic permeability (inductance and inductance) of the
図８（ｂ）は、位置ずれ有りの場合におけるインダクタンスおよび結合係数を示す。ここでは、（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（１，１，０）方向に位置ずれが生じている場合のインダクタンスおよび結合係数が示される。この位置ずれ状態は、図７に示されるステップＳ１１の判断に基づいてステップＳ１４の処理が行われた状態、すなわちＸ方向およびＹ方向に位置ずれが生じている状態に相当する。 FIG. 8B shows the inductance and the coupling coefficient when there is a positional shift. Here, the inductance and the coupling coefficient in the case where the positional deviation occurs in the (X, Y, Z) = (1, 1, 0) direction are shown. This misalignment state corresponds to the state in which the process of step S14 is performed based on the determination in step S11 shown in FIG. 7, that is, the state in which misalignment occurs in the X direction and the Y direction.
図８（ｂ）に示されるように、位置ずれ有りの場合、位置ずれ方向のベクトル上に重なる領域、すなわち第１分割フェライト部２０Ａおよび第３分割フェライト部２０Ｃにおける実効透磁率を上昇させることにより（破線で囲まれた棒グラフ参照）、フェライト部８Ａの磁気特性（インダクタンスおよび結合係数）を上昇させることができる。すなわち、位置ずれ方向のベクトル上に重なる領域と重ならない領域とで循環比率を変えることが磁気特性の観点で効果的である。
As shown in FIG. 8B, in the case where there is misalignment, by increasing the effective magnetic permeability in the region overlapping the vector in the misalignment direction, that is, in the first divided
また、Ｘ方向またはＹ方向のいずれかに位置ずれが生じた場合についても、すべての分割フェライト部で実効透磁率を上昇させるよりも、受電コイル装置３０のコイルＣに対面する側の分割フェライト部のみで実効透磁率を上昇させて他の分割フェライト部では実効透磁率を下げた方が、結合係数が上昇する。
Further, even when a positional shift occurs in either the X direction or the Y direction, the divided ferrite portion on the side facing the coil C of the receiving
以上より、フェライト部８Ａが適用された非接触給電システムでは、位置ずれ方向に合わせた循環領域の実効透磁率を上げることにより、コイルＣに指向性を持たせることができる。その結果、位置ずれが生じている方向に磁束が集中し、結合係数が上昇する。
As described above, in the non-contact power feeding system to which the
第２実施形態のフェライト部８Ａによれば、第１実施形態のフェライト部８と同様の作用・効果が得られる。さらには、フェライト部８Ａのある一部分と他の部分とにおいて、実効透磁率を個別に変動可能である。たとえば、磁性粉の充填量を不均一にすること等も可能である。よって、上記したように、コイル装置内において磁気特性の制御が可能となる。
According to the
本開示の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。たとえば、フェライトコアの形状、厚み、または枚数は、特に限定されない。フェライトコアの形状は、矩形（正方形や長方形等）であってもよく、円形等の他の形状であってもよい。フェライトコアの形状に対応して、枠体の形状が円形であってもよい。枠体が、円形の外周部を含み、さらに、十字状のギャップ部および外周部と同心円状のギャップ部を含んでもよい。枠体において、ギャップ部１１ｂが省略されてもよい。
Although the embodiments of the present disclosure have been described, the present invention is not limited to the above embodiments. For example, the shape, thickness, or number of ferrite cores is not particularly limited. The shape of the ferrite core may be a rectangle (such as a square or a rectangle), or may be another shape such as a circle. The shape of the frame may be circular corresponding to the shape of the ferrite core. The frame body may include a circular outer peripheral part, and may further include a cross-shaped gap part and a gap part concentric with the outer peripheral part. In the frame, the
枠体は、枠体のみによって閉じた空間が形成される場合に限られない。たとえば、枠体の一部が開放されており、フェライトコア等の他の部材がその開放部を閉鎖することで、枠体内に流路が形成されてもよい。 The frame is not limited to a case where a closed space is formed only by the frame. For example, a part of the frame may be open, and another member such as a ferrite core may close the opening to form a flow path in the frame.
枠体は、循環流路を形成していなくてもよい。枠体は、上流側の第１端と下流側の第２端とを含んでもよい。その場合、移動機構は、枠体内の流路に流体および磁性粉を供給し続けてもよい。 The frame does not need to form a circulation channel. The frame may include an upstream first end and a downstream second end. In that case, the moving mechanism may continue to supply the fluid and the magnetic powder to the flow path in the frame.
ソレノイド型のコイルに対して、本開示のコイル装置が適用されてもよい。 The coil device of the present disclosure may be applied to a solenoid type coil.
水中航走体といった車両以外の移動体のバッテリを充電するための非接触給電システムに、本開示のコイル装置が適用されてもよい。また、モータやセンサー等の電力を消費する部品に電力を直接的に供給するシステムに、本開示のコイル装置が適用されてもよい。誘導加熱システムや渦流探傷システムに、本開示のコイル装置が適用されてもよい。 The coil device of the present disclosure may be applied to a non-contact power feeding system for charging a battery of a moving body other than a vehicle such as an underwater vehicle. The coil device of the present disclosure may be applied to a system that directly supplies power to components that consume power, such as a motor and a sensor. The coil device of the present disclosure may be applied to an induction heating system or an eddy current flaw detection system.
「電磁誘導方式」または「磁界共鳴方式」を用いた送受信アンテナに、本開示のコイル装置が適用されてもよい。 The coil device of the present disclosure may be applied to a transmission / reception antenna using an “electromagnetic induction method” or a “magnetic resonance method”.
１ コイル装置
２ 筐体
３ カバー
４ ベース
６ ボビン
７ 導線
８ フェライト部
８Ａ フェライト部
１１ 枠体
１１ａ 外周部
１１ｂ ギャップ部
１１ｃ 連結部
１２ フェライトコア
１３ 循環機構（移動機構）
１３Ａ 第１循環機構（移動機構）
１３Ｂ 第２循環機構（移動機構）
１３Ｃ 第３循環機構（移動機構）
１３Ｄ 第４循環機構（移動機構）
１４ 間隙
１６ 流体
１７ 磁性粉
２０Ａ 第１分割フェライト部
２０Ｂ 第２分割フェライト部
２０Ｃ 第３分割フェライト部
２０Ｄ 第４分割フェライト部
２１Ａ 第１枠体
２１Ｂ 第２枠体
２１Ｃ 第３枠体
２１Ｄ 第４枠体
２２Ａ 第１フェライトコア
２２Ｂ 第２フェライトコア
２２Ｃ 第３フェライトコア
２２Ｄ 第４フェライトコア
２３ 連結管
Ｃ コイル
DESCRIPTION OF
13A First circulation mechanism (movement mechanism)
13B Second circulation mechanism (movement mechanism)
13C Third circulation mechanism (movement mechanism)
13D Fourth circulation mechanism (movement mechanism)
14
Claims (4)
前記コイルに隣接して配置され、所定の厚みを有する１つ又は複数のフェライトコアを含むフェライト部と、を備えるコイル装置であって、
前記フェライト部は、
前記フェライトコアの前記厚みの方向に直交する方向において前記フェライトコアに隣接して設けられ、内部に流路が形成された１つ又は複数の枠体と、
前記枠体の前記流路内に充填された流体と、
前記流体内に混合された磁性粉と、を含み、
前記厚みの方向において、前記枠体の前記流路の全体もしくは一部は前記フェライトコアの前記厚みの範囲内に設けられており、
前記枠体に連結されて、前記流路内で前記流体を流動させると共に前記流体内の前記磁性粉を移動させる１つ又は複数の移動機構を備える、コイル装置。 Coils,
A coil unit that is disposed adjacent to the coil and includes one or more ferrite cores having a predetermined thickness,
The ferrite part is
One or a plurality of frames provided adjacent to the ferrite core in a direction perpendicular to the thickness direction of the ferrite core, and having a flow path formed therein;
A fluid filled in the flow path of the frame,
Magnetic powder mixed in the fluid,
In the thickness direction, the whole or a part of the flow path of the frame body is provided within the thickness range of the ferrite core,
A coil device that is connected to the frame and includes one or a plurality of moving mechanisms that cause the fluid to flow in the flow path and move the magnetic powder in the fluid.
前記直交する方向に並べられた複数の前記フェライトコアと、
前記フェライトコアのそれぞれに対して設けられ、前記流路が個別に形成された複数の前記枠体と、を含み、
複数の前記移動機構が、前記枠体のそれぞれに対して設けられている、請求項１または２に記載のコイル装置。 The ferrite part is
A plurality of the ferrite cores arranged in the orthogonal direction;
A plurality of the frame bodies provided for each of the ferrite cores, wherein the flow paths are individually formed;
The coil device according to claim 1, wherein a plurality of the moving mechanisms are provided for each of the frame bodies.
前記移動機構は、前記フェライト部内で前記流体および前記磁性粉を循環させるように構成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のコイル装置。 The frame body forms the flow path through which the fluid and the magnetic powder can circulate,
The coil device according to any one of claims 1 to 3, wherein the moving mechanism is configured to circulate the fluid and the magnetic powder in the ferrite portion.
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