JPH05258962A - 分離可能な誘導型結合器 - Google Patents

分離可能な誘導型結合器

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JPH05258962A
JPH05258962A JP5009365A JP936593A JPH05258962A JP H05258962 A JPH05258962 A JP H05258962A JP 5009365 A JP5009365 A JP 5009365A JP 936593 A JP936593 A JP 936593A JP H05258962 A JPH05258962 A JP H05258962A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、効率よく充電し使用が簡単な自動
車動力用バッテリ充電装置で使用する分離可能な誘導型
結合器を得ることを目的とする。 【構成】 ハンドル16を有するハウジンング15内に配置
され、穴18を有する１次コイル巻線14と、外部電源から
電力を結合する電気ケーブル17とを備えた取外し可能な
１次コイル12と、結合可能な磁気コア部分21，22と、コ
ア部分の溝内に配置されてバッテリに結合可能な２次コ
イル23，25とを備えている２次コイル13とを備え、磁気
コア部分21，22は開位置（図２のａ）と閉位置（図２の
ｂａ）をとることができるように分離可能に構成され、
１次コイル12はその開位置にあるとき第１と第２の磁気
コア部分21，22の間に挿入可能であり、閉位置にあると
き１次コイル12と２次コイル13が変成器を形成すること
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、誘導型結合器に関し、
特に自動車の駆動動力用バッテリ装置等で使用されるよ
うに構成された分離可能な誘導型結合器に関する。
【０００２】
【従来の技術】電気動力自動車の発達により、今後１０
年間に比較的広く利用者が広がるようにその生産が推進
されているため、自動車で使用されている動力用バッテ
リを容易に充電する手段が必要である。通常のバッテリ
充電装置はこの目的に十分に適合しない。通常のバッテ
リ充電装置は利用者が頻繁に使用するようには設計され
ておらず、したがって通常のバッテリ充電装置を使用し
て規則的に動力用バッテリを充電することは容易ではな
い。
【０００３】適当な誘導型結合器は米国海軍における水
中用としてヒューズ社により開発されている。この誘導
型結合器は６０Ｈｚで動作され、したがって高周波また
は高電力動作には最適ではない。この結合器の電力転送
密度は約２ワット／立方インチであり、それは自動車の
動力用バッテリを迅速に充電するには不十分である。こ
の設計は自動車用にはよく適合しない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、電気
自動車を駆動するために使用される自動車用バッテリ充
電装置を効率よく充電するように構成され、使用が簡単
である自動車動力用バッテリ充電装置で使用するように
構成された分離可能な誘導型結合器を提供することであ
る。本発明のさらに別の目的は、高電力密度（２００ワ
ット／立方インチ以上）で良好な高周波動作を行う分離
可能な誘導型結合器を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的およびその他の
目的を達成するために、本発明は、磁気誘導を使用して
誘電体媒体を横切って電力を転送する手段を備えている
分離可能な誘導型結合器を提供する。本発明の装置のコ
イルの形状は１次回路と２次回路の容易な分解を可能に
する。１次コイルと２次コイルが結合されたとき、非常
に低い漏洩インダクタンスの変成器が形成される。これ
は高電力密度で良好な高周波動作を可能にする。
【０００６】さらに説明すると分離可能な誘導型結合器
は１次コイルと２次コイルから構成される。この発明の
１実施例では、取外し可能なコイルは１次コイルと考え
られる。しかしながら、１次コイルと２次コイルの役割
は反対にされることもできる。１次コイルは取外し可能
であり、例えばフェノール等のプラスチックのような絶
縁材料で形成された容器を備えている。容器はハンドル
を備え、中央に穴を有する１次コイル巻線がそこに配置
されている。外部電源から電力を結合する電気ケーブル
がこの１次コイル巻線に結合される。
【０００７】２次コイルは第１と第２の結合可能な磁気
コア部分を備え各磁気コア部分は負荷に結合可能なされ
る２次巻線を有する。本発明が設計されている自動車用
の場合の負荷は典型的に整流器と、フィルタとを含み、
それらは例えばＡＣ電力を動力用バッテリ中に蓄積され
るＤＣ電力に変換するために使用される。２つの磁気コ
ア部分の結合表面は平滑であり、それらの間の空隙は最
小にされている。これは２つの磁気コア部分の結合され
るとき最大の結合および性能を与える。第１と第２の結
合可能な磁気コア部分は閉および開位置をとるように分
離可能である。１次コイルは開位置のとき第１と第２の
結合可能な磁気コア部分の間に挿入される。１次および
２次コイルは２つの磁気コア部分が閉位置のとき変成器
を形成する。
【０００８】本発明の分離可能な誘導型結合器は金属と
金属の接触なしに電力の転送を可能にする。その設計は
１次コイル（または２次コイル）を変成器から容易に除
去することを可能にする。コイルの幾何学的形状は非常
に低い漏洩インダクタンスおよび非常に低い抵抗を与
え、それは高周波動作を可能にする。電力転送密度は本
発明の分離可能な誘導型結合器によって従来のものに比
較してはるかに高くされることができる。約６００ワッ
トが２３０ワット／立方インチの電力密度を有する２
５．８立方インチの容積を有する本発明の分離可能な誘
導型結合器によって転送された。
【０００９】本発明の分離可能な誘導型結合器は、電気
自動車の駆動動力用バッテリの再充電のために電源から
電力を結合する安全で便利で天候に影響されない手段を
提供する。
【００１０】
【実施例】図１を参照すると、本発明の原理にしたがっ
た分離可能な誘導型結合器の斜視図が示されている。分
離可能な誘導型結合器10は、電力線から電力を供給され
る電子式電力変換器のような高周波電源11からの電力を
負荷30に結合するための安全で、便利で、天候の影響を
受けない手段を備えるように構成されている。電気自動
車用では、この誘導型結合器10は自動車を駆動するため
に使用される自動車内に配置されたバッテリ33を再充電
するために自動車32に電源11からの電力を結合するよう
に構成されている。バッテリ33は、バッテリ33とこの発
明による分離可能な誘導型結合器10との間に直列に接続
された整流器34およびフィルタ35を介して充電される。
これらの部品は負荷30を構成している。
【００１１】図１は２次コイル組立体13から分離された
１次コイル組立体12を備えている誘導型結合器10を示し
ている。図２の（ａ）および（ｂ）は誘導型結合器10の
断面図を示し、それにおいて１次コイル組立体12は２次
コイル組立体13の上部コア部分21と下部コア部分22との
間に挿入され、各コア部分21，22は図２の（ａ）では開
いた状態で、また図２の（ｂ）では閉じた状態で示され
ている。１次コイル組立体12は比較的薄い厚さを有する
偏平螺旋形状部材の形態に巻かれた銅の巻線14（１例と
して６ＫＷで0.006 インチの厚さの銅箔が使用された）
を備えている。１次コイル組立体12は例えばフェノール
プラスチックのような絶縁材料19から構成された絶縁材
料ケースまたは容器15に収容されている。容器15はその
１端にハンドル16を備え、それは２次コイル組立体13中
に１次コイル組立体12を出し入れするために使用され
る。１次コイル組立体12は同軸ケーブル17または低イン
ダクタンス伝送線により高周波電源11に接続される。１
次コイル巻線14は同軸ケーブル17の導体に15a において
半田付け、または溶接される。電源11は商用電力線から
電力を供給される電子式電力変換器から構成されてもよ
い（６ＫＷの例で４０ＫＨｚが使用された）。
【００１２】２次コイル組立体13のコア組立体は上部コ
ア部分21と下部コア部分22とから構成されている。各コ
ア部分21，22は各２次コイル巻線23，25が配置されてい
る溝を有する磁気コア部材から構成されている。例えば
柔軟な部材37が各コア部分21，22の溝の底部と各２次コ
イル巻線23，25との間に配置されている。この柔軟な部
材37は例えば耐熱性のゴムで構成することができる。柔
軟な部材37は組立体12，13が互いに結合されるときに２
次コイル巻線23，25が１次コイル巻線14と確実に接触す
るように製造誤差の補償のために使用される。上部コア
部分21および下部コア部分22にはフェライト材料が使用
される。
【００１３】２つのコア部分21および22の結合表面はそ
れらの間の空隙が最小になるように平滑にされなければ
ならない。これは２つのコア部分21および22が結合され
るとき結合および性能を最大にするために必要である。
絶縁材料19が各２次コイル巻線23，25を包囲して配置さ
れる。２個の中央磁極24，26（図２のａ参照）は１次コ
イル組立体12が２次コイル組立体13と結合されたとき、
１次コイル組立体12中の穴18に挿入されるように構成さ
れている。
【００１４】切欠け28が２つのコア部分21および22に形
成され、２次コイル組立体13のコア部分21および22に対
する１次コイル組立体12の位置を定め、コイル接続を行
う空間を与えるために使用される。切欠け28の形状は臨
界的ではないが、１次コイル組立体12を間に挿入できる
ように各コア部分21および22の周囲の一部が除去されな
ければならない。
【００１５】図１および２に示された実施例では、２次
コイル23，25は１次２次結合係数を改善するために２つ
の部分から構成されている。これは漏洩インダクタンス
を減少させ、近接効果（渦電流）による銅の電力損失を
減少させる。しかしながら、単一の２次コイルが使用さ
れることも可能である。しかしこれは性能が多少低下す
る可能性がある。
【００１６】特に図２を参照すると、誘導型結合器10の
１次コイル組立体12および２次コイル組立体13の２つの
コア部分21および22の詳細な断面が示されている。図２
の（ａ）および（ｂ）はそれぞれ２つのコア部分21およ
び22が開いた位置、および閉じた位置にある状態で示さ
れている。各巻線14，23，25は絶縁材料19で包囲されて
示され、また各巻線14，23，25の位置、１次コイル巻線
14の穴18、およびこの穴18に挿入される中央磁極24，26
を示している。各巻線14，23，25の各端部は同軸ケーブ
ル17および負荷30に結合されている。２次コイル巻線2
3，25の２つの端部は電気接続を完成するために互いに
結合されている。同軸ケーブル17の中心導体および遮蔽
体（接地体）は例えば高温半田その他の適当な溶接材料
等の便宜の手段により１次コイル巻線14の端部に接続さ
れている。
【００１７】図２の（ａ）および（ｂ）から明らかなよ
うに、１次コイルおよび２次コイル巻線14，23，25が結
合されるとき、誘導型結合器10は変成器として機能し、
それは比較的コンパクトであり、電源11からのエネルギ
をバッテリ33、すなわち負荷30に結合する効率のよい手
段を提供する。
【００１８】図３は図１の誘導型結合器10の１次コイル
および２次コイル巻線14，23，25の上面図である。巻線
14，23，25は必要な電圧および電流レベルに応じた１以
上の巻回数の銅からなる。本発明の１実施例において、
１次コイルおよび２次コイル巻線14，23，25は外側直径
が約３．３５インチ、内側直径が約１．９０インチの、
0.006 インチの厚さの銅の１０回の巻回により構成され
ている。２個の柄部39が巻線14，23，25を同軸ケーブル
17および負荷30に結合するために設けられており、その
上側の柄部39が図に示されている。他方の柄部は上側の
柄部39の下に位置するため図３では隠れている。
【００１９】図４の（ａ）および（ｂ）は図１に示され
たコア部分21，22の断面図および平面図である。本発明
の１実施例の６ＫＷの例に対して、コア部分21，22は外
側直径が約４．４９インチ、外側壁の厚さが約０．５０
インチである。中央磁極は例えば直径約１．７インチで
ある。各巻線14，23，25は各コア部分21，22の外側壁と
中央磁極との間の空間に位置している。
【００２０】図５の（ａ）乃至（ｃ）は図１の１次コイ
ル巻線14用の容器15の詳細図および断面図である。容器
15は例えばフェノールプラスチックのような絶縁材料で
作られている。容器15はハンドル16の領域において約
０．１２５インチの厚さを有する。巻線14の位置する領
域において、円形部分の外側直径は例えば約３．３７５
インチである。容器15中の穴18は巻線14の穴の直径より
も少し小さい直径である。穴18の直径は約１．７２イン
チであり、巻線14の位置する領域の壁の厚さは約０．３
０インチである。図５の（ｂ）で同軸ケーブル17のため
の穴41がハンドル16に設けられている。
【００２１】図６は図１の誘導型結合器10の２次コイル
のコア部分21，22の開閉を行なわせる機構50を示してい
る。この機構50は２次コイル組立体13に１次コイル組立
体12を簡単に出し入れできるようにするために使用さ
れ、第１および第２の支柱51，52を備え、それらの支柱
51，52は下部コア部分22が固定されている下部設置板53
および頂部設置板58に固定されている。第１および第２
の支柱51，52は上部コア部分21が固定されている可動の
上部設置板54を支持している。Ｕ形のブラケット55が上
部設置板54の上面に取付けられている。上部設置板54は
例えばつまみ（図示せず）により作動される回転可能な
カム56によって移動可能である。つまみおよびカム56の
回転（図６に矢印で示す）は上部設置板54を上下に移動
させ、そのため上下のコア部分21，22はつまみの回転に
応じて結合されたり分離されたりする。２個のスプリン
グ57が結合位置に上部設置板54およびそれに取付けられ
た上部コア部分21を保持するように押付けるために使用
されている。
【００２２】動作において、誘導型結合器10の１次コイ
ル組立体12および２次コイル組立体13が互いに結合され
るとき、通常の変成器が形成される。高周波電力の電源
11は高周波電流を１次コイル巻線に流し、それは磁気コ
ア部分21，22にＡＣ磁束を生成する。この変化する磁束
は２次コイル巻線23，25に電圧を誘起し、電流をそれに
接続されたバッテリ33のような負荷30に流す。
【００２３】本発明の分離可能な誘導型結合器10の原型
が構成され、試験された。誘導型結合器10は４０ＫＨｚ
のほぼ方形波の電流を供給する通常の電力電子変換器に
よって駆動された。約６６００ワットの電力が誘導型結
合器10によって転送された。正確な効率のデータは得ら
れなかったが、電力変換効率は約９８％であった。
【００２４】以上電気自動車のバッテリ充電システムに
使用する本発明の分離可能な誘導型結合器を実施例によ
って説明したが、それらは本発明の原理の応用の単なる
例示であって、当業者は本発明の技術的範囲を逸脱する
ことなく多くの変更が可能であることを理解すべきであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理による分離可能な誘導型結合器の
斜視図。
【図２】１次コイルが開および閉位置にある図１の結合
器の１次および２次コイルと磁気コアの断面図。
【図３】図１の１次コイル巻線の上面図。
【図４】図１の２次磁気コアの半分の断面図および上面
図。
【図５】図１の１次コイルの詳細図および断面図。
【図６】図１の２次磁気コアの半分の開閉のための機構
の側面図。
【符号の説明】
11…電源、12…１次コイル、13…２次コイル、14…１次
コイル巻線、15…ハウジング、16…ハンドル、21，22…
磁気コア部分、23，25…２次コイル巻線、33…バッテ
リ、34…整流器、35…フィルタ。

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ハンドルを有するハウジンングと、ハウ
    ジンング内に配置され、穴を有する１次コイル巻線と、
    １次コイル巻線に接続されて外部電源からの電力を結合
    する電気ケーブルとを具備している取外し可能な１次コ
    イルと、 互いに結合可能な第１および第２の磁気コア部分と、そ
    れらコア部分内に配置されてバッテリに結合可能な２次
    コイル巻線とを備えている２次コイルとを具備し、 第１と第２の磁気コア部分は開位置および閉位置をとる
    ことができるように分離可能に構成され、 １次コイルはその開位置にあるとき第１と第２の磁気コ
    ア部分の間に挿入可能であり、閉位置にあるとき１次コ
    イルと２次コイルが変成器を形成することを特徴とする
    分離可能な誘導型結合器。
  2. 【請求項２】 １次コイルおよび２次コイル巻線をそれ
    ぞれ包囲する絶縁材料を具備する請求項１記載の誘導型
    結合器。
  3. 【請求項３】 絶縁材料がナイロンである請求項１記載
    の誘導型結合器。
  4. 【請求項４】 各コイル巻線が銅で構成されている請求
    項１記載の誘導型結合器。
  5. 【請求項５】 各コイル巻線が比較的平坦な螺旋形状に
    巻回されている請求項４記載の誘導型結合器。
  6. 【請求項６】 第１および第２の磁気コア部分がフェラ
    イト材料で構成されている請求項１記載の誘導型結合
    器。
  7. 【請求項７】 第１および第２の磁気コア部分を開閉す
    るための開閉手段を備えている請求項１記載の誘導型結
    合器。
  8. 【請求項８】 開閉手段が、上方の第１の磁気コア部分
    を取付けた可動部材と、 この可動部材を下方の第２の磁気コア部分に対して上下
    に移動させて第１および第２の磁気コア部分を開位置お
    よび閉位置に位置させる手段と、 第１および第２の磁気コア部分が閉位置において結合さ
    れたときそれらを結合状態で保持するために可動部材に
    結合されたスプリング手段とを具備している請求項７記
    載の誘導型結合器。
  9. 【請求項９】 ハンドルを有するハウジンングと、ハウ
    ジンング内に配置され、穴を有する１次コイル巻線と、
    この１次コイル巻線を包囲する絶縁材料と、１次コイル
    巻線に接続されて外部電源からの電力を結合する電気ケ
    ーブルとを具備している取外し可能な１次コイルと、 互いに結合可能な第１および第２の磁気コア部分と、そ
    れらコア部分内に配置されてバッテリに結合可能な２次
    コイル巻線と、この２次コイル巻線を包囲する絶縁材料
    とを備えている２次コイルとを具備し、 第１と第２の磁気コア部分は開位置および閉位置をとる
    ことができるように分離可能に構成され、 １次コイルはその開位置にあるとき第１と第２の磁気コ
    ア部分の間に挿入可能であり、閉位置にあるとき１次コ
    イルと２次コイルが変成器を形成することを特徴とする
    分離可能な誘導型結合器。請求項８記載の
  10. 【請求項１０】 絶縁材料がナイロンである請求項９記
    載の誘導型結合器。
  11. 【請求項１１】 各コイル巻線が銅で構成されている請
    求項９記載の誘導型結合器。
  12. 【請求項１２】 各コイル巻線が比較的平坦な螺旋形状
    に巻回されている請求項１１記載の誘導型結合器。
  13. 【請求項１３】 第１および第２の磁気コア部分がフェ
    ライト材料で構成されている請求項９記載の誘導型結合
    器。
  14. 【請求項１４】 第１および第２の磁気コア部分を開閉
    するための開閉手段を備えている請求項９記載の誘導型
    結合器。
  15. 【請求項１５】 開閉手段が、上方の第１の磁気コア部
    分を取付けた可動部材と、 この可動部材を下方の第２の磁気コア部分に対して上下
    に移動させて第１および第２の磁気コア部分を開位置お
    よび閉位置に位置させる手段と、 第１および第２の磁気コア部分が閉位置において結合さ
    れたときそれらを結合状態で保持するために可動部材に
    結合されたスプリング手段とを具備している請求項１４
    記載の誘導型結合器。
  16. 【請求項１６】 ハンドルを有するハウジンングと、ハ
    ウジンング内に配置され、比較的平坦な螺旋形状で穴を
    有する銅の１次コイル巻線と、この１次コイル巻線を包
    囲する絶縁材料と、１次コイル巻線に接続されて外部電
    源からの電力を結合する電気ケーブルとを具備している
    取外し可能な１次コイルと、 フェライトで構成された互いに結合可能な第１および第
    ２の磁気コア部分と、それらコア部分内に配置されてバ
    ッテリに結合可能な２次コイル巻線と、この２次コイル
    巻線を包囲する絶縁材料とを備えている２次コイルとを
    具備し、 第１と第２の磁気コア部分は開位置および閉位置をとる
    ことができるように分離可能に構成され、 １次コイルはその開位置にあるとき第１と第２の磁気コ
    ア部分の間に挿入可能であり、閉位置にあるとき１次コ
    イルと２次コイルが変成器を形成することを特徴とする
    分離可能な誘導型結合器。
  17. 【請求項１７】 絶縁材料がナイロンである請求項１６
    記載の誘導型結合器。
  18. 【請求項１８】 第１および第２の磁気コア部分を開閉
    するための開閉手段を備えている請求項１６記載の誘導
    型結合器。
  19. 【請求項１９】 開閉手段が、上方の第１の磁気コア部
    分を取付けた可動部材と、 この可動部材を下方の第２の磁気コア部分に対して上下
    に移動させて第１および第２の磁気コア部分を開位置お
    よび閉位置に位置させる手段と、 第１および第２の磁気コア部分が閉位置において結合さ
    れたときそれらを結合状態で保持するために可動部材に
    結合されたスプリング手段とを具備している請求項１８
    記載の誘導型結合器。
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