JPH06105471A - 電磁給電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】給電効率の格段の向上が可能な電磁給電装置を
提供する。 【構成】三脚型コアの脚部を切断した形状を有し切断面
を合わせて有ギャップ磁気回路を構成する一次コア１及
び二次コア３と、中央脚部１１に巻装される一次コイル
２及び二次コイル４とを備え、一次コア１及び一次コイ
ル２が給電部を、二次コア３及び二次コイル４が受電部
を構成する三脚型コア式電磁給電装置において、両コイ
ル２、４を同軸状に巻装した。実験によれば、このよう
な三脚型コアの脚部を切断した形状の有ギャップ磁気回
路では、両コイル２、４を三脚型コアの中央脚部１１に
同軸巻装することにより、従来の一対のＥ字コアに別々
に両コイル２、４を巻装する形式の三脚型コア式電磁給
電装置に比べ格段に給電効率を向上できることが判明し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電磁給電装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一次コイルが巻装された一次コアと二次
コイルが巻装された二次コアとを突き合わせて有ギャッ
プ磁気回路を構成し、一次コイルから二次コイルに給電
する電磁給電方式が公知であり、一次コア及び二次コア
の形状としては、コ字形（特開昭６３−１５１００６号
公報）、Ｅ字形（図４参照）、同軸円筒形（特開昭６３
−２４０３３１号公報）が知られている。Ｅ字形コア及
び同軸円筒形コアは断面が三脚となるので、三脚型コア
として知られている。

【０００３】すなわち、上記した従来の三脚型コアを用
いる電磁給電装置では、断面がＥ字状の一次コアに一次
コイルを、断面がＥ字状の二次コアに二次コイルを巻装
し、両コアを突き合わせて給電を行う。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】三脚型閉磁路コアはコ
イルをコアの中央柱部に巻装し、端柱部又は筒部でコイ
ルを覆う形状であるので、コ字形コア（二脚型コア）に
比べて漏れ磁束量が少なく、電力変換効率（二次有効電
力／一次有効電力）が高いという利点を有している。

【０００５】しかしながら、例えば電気自動車用の給電
装置への応用などにおいては大電力給電及び装置の小型
軽量化が要求され、そのために周波数の増加が必要とな
る。しかしながらこのように周波数を増加すると、有ギ
ャップ磁気回路であるため磁気回路の磁気抵抗が大き
く、漏れ磁束が増加して電圧降下が大幅に増加すること
がわかった。

【０００６】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
であり、給電効率の格段の向上が可能な電磁給電装置を
提供することを、その解決すべき課題としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の電磁給電装置
は、突き合わせにより三脚型閉磁路コアを構成する一次
コア及び二次コアと、前記三脚型閉磁路コアの中央脚部
にそれぞれ同軸かつ同心状に巻装される一次コイル及び
二次コイルとを備え、前記一次コア及び前記一次コイル
が給電部を、前記二次コア及び前記二次コイルが受電部
を構成することを特徴としている。

【０００８】好適な態様において、前記中央脚部は１次
コアまたは２次コアのうちの一方側に突き合わせギャッ
プを有し、前記端脚部は他方側に突き合わせギャップを
有する。好適な態様において、三脚型閉磁路コアは、前
記中央脚部及び端脚部と、前記両脚部の一端を磁気的に
接続する天板部と、前記両脚部の他端を磁気的に接続す
る底板部と、前記中央脚部、端脚部、天板部及び底板部
で区画されるコイル収容空間とを備えており、前記中央
脚部の高さで規定される前記コイル収容空間の高さは、
前記中央脚部と前記端脚部との間の距離で規定される前
記コイル収容空間の横幅の１．５倍以上に設定される。

【０００９】

【作用及び発明の効果】この発明では、三脚型閉磁路コ
アの脚部を切断した形状を有し切断面を合わせて有ギャ
ップ磁気回路を構成する一次コア及び二次コアと、三脚
型閉磁路コアの中央脚部に巻装される一次コイル及び二
次コイルとを備え、一次コア及び一次コイルが給電部
を、二次コア及び二次コイルが受電部を構成する三脚型
閉磁路コア式の電磁給電装置において、両コイルを同軸
状かつ同心状に巻装した点を特徴としている。 実験に
よれば、このような三脚型閉磁路コアの脚部に突き合わ
せギャップを形成した磁気回路では、両コイルを三脚型
閉磁路コアの中央脚部に同軸巻装することにより、従来
の一対のＥ字コアに別々に両コイルを巻装する形式の三
脚型閉磁路コア式電磁給電装置に比べ格段に電圧降下が
低下できることが判明した。

【００１０】その理由の一つとして、従来の三脚型閉磁
路コア式電磁給電装置では、隣接する二つの脚部の切断
面間でリークする一次コイルの漏れ磁束が二次コイルと
鎖交しないのに比べ、本発明の三脚型閉磁路コア式電磁
給電装置では、隣接する二つの脚部の切断面間でリーク
する一次コイルの磁束が二次コイルと鎖交することが挙
げられる。

【００１１】その結果、本発明の電磁給電装置は、高周
波数域で高効率で使用できるので更に小型化が可能とな
る。また、節電が可能となる。

【００１２】

【実施例】（実施例１）本発明の電磁給電装置の一実施
例を図１に示す。この電磁給電装置は、一次コア１及び
一次コイル２からなる給電部と、二次コア３及び二次コ
イル４からなる受電部からなり、給電部は固定され、受
電部は手動乃至自動で給電部に着脱可能となっている。

【００１３】一次コア１及び二次コア３は、突き合わせ
た状態で電磁鋼板又はフェライトを素材とする三脚型閉
磁路コアを構成する。一次コア１に含まれる中央脚部１
１の先端が二次コア３の接合部３５に突き合わせられ、
二次コア３に含まれる端脚部３２の先端が一次コア１の
接合部１５に突き合わせられている。一次コイル２は一
次コア１の中央脚部１１に巻装され、二次コイル４は二
次コア３の端脚部３２の内側面に接して巻装されてい
る。したがって、両コア１、３を突き合わせた状態で
は、二次コイル４が一次コイル２の外周側に同軸巻装さ
れている。更に、一次コア１の両端部には中央脚部１１
と平行方向へ先細の小突起１３が立設されている。この
小突起１３は両コア１、３を突き合わせた状態で端脚部
３２の外側面を囲んで接合部１５における磁気抵抗を低
減するとともに、突き合わせにおけるガイドとしての作
用をなしている。

【００１４】以下、主要パラメ−タを記載する。Ｌ１は
１００ｍｍ、Ｌ２は３０ｍｍ、Ｌ３は５ｍｍ、Ｈ１は４
５ｍｍ、Ｈ２は３５ｍｍ、Ｈ３は７．５ｍｍ、Ｈ４は
７．５ｍｍとし、Ｈ１の計測方向（高さ方向）及びＬ１
の計測方向（長さ方向）と直角な幅方向は２５ｍｍであ
り、したがって、中央脚部１１及び端脚部３２は長方形
の形状を有している。一次コイル２は１０ターン、二次
コイル４は１７ターンとした。

【００１５】以下、この電磁給電装置の作用効果を説明
する。両コア１、３を突き合わせた状態で一次コイル２
に数百Ｈｚ（電磁鋼板）又は数ｋＨｚ〜数十ｋＨｚ（フ
ェライト）の交流電圧を印加すると、この有ギャップ磁
気回路に交流磁束が誘起され、二次コイル４に二次電圧
が誘導される。この有ギャップ磁気回路における最も磁
気抵抗が大きな部分は当然、接合部１５、３５であり、
比較的周波数が高いので磁束が空間部分を流れやすくな
っているので、二次コイル４と全く鎖交しない又は一部
しか鎖交しない漏れ磁束が生じ、これにより二次電圧の
低下を招き、この二次電圧の低下は二次電流が大きくな
るほど顕著になる。

【００１６】本実施例のような、両コイル２、４を同軸
巻装している場合、模式的に言うと漏れ磁束ΦＲは図１
に示すように生じる。しかしながら本実施例ではＨ２を
長くしているので図１に示した漏れ磁束通路中空気の占
める割合が大きくなり磁気抵抗が大きくなり漏れ磁束が
減少する。その結果、二次電圧の低下を低減することが
できる。

【００１７】なお、上記実施例において、受電部と給電
部とを反対としてもよく、コア形状を円筒状としてもよ
い。 （変形態様２）図２に変形態様を示す。この態様では、
一次コア１の中央脚部１１の頂部に断面台形状の軒部１
６を両側に張出し、同様に二次コア３の端脚部３２の頂
部に断面台形状の軒部３６を内側へ張出している。軒部
１６、３６の張出幅Ｌ’、ΔＬはコイル幅に等しくなっ
ている。そしてこれら軒部１６、３６と突き合わせられ
る他のコアの接合部は軒部１６、３６の形状に合わせて
凹設されている。

【００１８】このようにすれば、受電部を給電部に嵌入
する際に、軒部１６、３６が両コイル２、４を保護する
とともに、接合面Ｓ１、Ｓ２の面積の増加によりギャッ
プ部の磁気抵抗の低減を図るという優れた効果を奏する
ことができる。 （変形態様３）図３に変形態様を示す。

【００１９】この態様では、突き合わせギャップを中央
脚部１１及び端脚部３２の高さ方向中央部に設けたもの
である。この同軸巻装三脚型閉磁路コア式（図３参照）
の電磁給電装置と、従来の対向巻装三脚型閉磁路コア式
（図４参照）の電磁給電装置との比較試験を実施した。
その結果を図５及び図６に示す。なお、図５は突き合わ
せギャップがほぼ０である場合の結果を示し、図６は突
き合わせギャップが０．５ｍｍである場合の結果を示
す。

【００２０】なお、両コア１、３からなる三脚型閉磁路
コアの全体形状は図３、図４に示すように同じであり、
各部寸法（単位ｍｍ）は図３、図４に記載する通りであ
る。また、一次コイル２及び二次コイル４のターン数に
より、ａ（一次コイル２が５ターン、二次コイル４が９
タ−ン）、ｂ（一次コイル２が１０ターン、二次コイル
４が１８タ−ン）を作製した。

【００２１】図５、図６から示すように、本実施例の同
軸巻装三脚型閉磁路コア式は、従来の対向巻装三脚型閉
磁路コア式に比べて格段に電力変換効率が高いことが判
明した。この理由として、図４に示す従来の対向巻装三
脚型閉磁路コア式では、最も磁界が強力な突き合わせギ
ャップＧ１、Ｇ２間でリークする漏れ磁束ΦＲが全く二
次コイル４０と鎖交しないためと推定される。 （実施例２）図７に他の実施例を示す。（ａ）は一方の
コアの軸方向に見た正面図、（ｂ）は両コア１、３の軸
方向断面図である。

【００２２】この実施例は、同形の一次コア５及び二次
コア６からなる円筒形状のフェライトコアを用いた三脚
型閉磁路コア式の電磁給電装置であって、実施例１の端
脚部３２は、２個の円弧脚部となっている。また両コア
５、６の中央には軸方向に貫通孔５５、６５が形成され
ている。５１、６１は円柱状の中央脚部である。両コア
５、６の外径Ｄ１は３５．５ｍｍ、内径Ｄ２は２９．９
ｍｍ、貫通孔５５、６５の直径は５．４ｍｍ、中央脚部
５１、６１の直径は１６ｍｍ、両コア５、６の高さＡ１
は１１ｍｍ、コイル収容用の環状溝の深さは７．３ｍｍ
となっている。

【００２３】このコアに一次コイル１０ターン、一次電
圧１０Ｖ，周波数８０ｋＨｚ、二次コイル１８タ−ンと
して二次電圧を測定した。両コイルは実施例１と同様に
同軸同心巻装とした。また比較例として同形状のコアに
同じターンの一次、二次コイルを図４に示すような対向
巻装した巻装したものも作製した。突き合わせギャップ
を０、０．５ｍｍ、１ｍｍとして二次電圧を測定した結
果を図８に示す。図８からも、同軸巻装は対向巻装に比
べて格段に二次電圧が改善されることがわかった。 （実施例３）図９に他の実施例を示す。（ａ）は一方の
コアの軸方向に見た正面図、（ｂ）は両コア７、８の軸
方向断面図である。

【００２４】この実施例は、二次コア７及び一次コア８
からなる円筒形状のフェライトコアを用いた三脚型閉磁
路コア式の電磁給電装置であって、一次コア８は円盤状
の底板部８１とその径方向中心部から直立する円柱状の
中央脚部８２とからなり、二次コア７は円盤状の天板部
７１とその外周部から垂下する円筒状の端脚部７２とか
らなる。

【００２５】底板部８１、天板部７１、両脚部７２、８
２で区画される円筒状のコイル収容空間Ｓには二次コイ
ル９ａ及び一次コイル９ｂが収容されており、一次コイ
ル９ｂは中央脚部８２に巻装され、二次コイル９ａは二
次コア７の内周に巻装されており、二次コイル９ａは一
次コイル９ｂに所定間隙を隔てて同軸かつ同心配置され
ている。

【００２６】このようなコア形状を採用すれば、磁束が
外部にリークしにくいので、励磁電流が低下して電力変
換効率が高くなる。更に、ギャップｇ１，ｇ２が両コイ
ルの軸方向反対側に離れて配置されているために、両ギ
ャップｇ１，ｇ２の磁束が両コイル９ａ、９ｂと鎖交せ
ずにリークすることが少なく、電力変換効率が高くな
る。

【００２７】実験によれば、この実施例において、一次
コア８の中央脚部８２の高さ（軸方向寸法）を長くする
と、ある値から急激に電力変換効率が向上することがわ
かった。図１０にその実験結果を示し、以下にその実験
条件を記載する。図１０では、一次コア８の中央脚部８
２の高さ（軸方向寸法）をｂ、中央脚部８２と端脚部７
２との間の距離すなわちコイル収容空間Ｓの横幅をａと
した場合におけるコイル収容空間Ｓの断面縦横比ｂ／ａ
を横軸とした。また、理論二次電圧（一次電圧に巻線比
を掛けた値）に対する実際二次電圧の比率（以下電圧変
換高率という）を縦軸に示す。

【００２８】一次コイルは１０ターン、一次電圧は２０
０Ｖ，周波数は８０ｋＨｚ、二次コイルは１７タ−ンと
した。コアとしては、断面縦横比ｂ／ａが１、１．５、
２、３、６のものを用意し、各コアのコイル収容空間の
断面積ａ×ｂを互いに一定とした。また、それぞれのコ
アについて二次電流を０Ａ、５Ａ、１０Ａ、１５Ａ、２
０Ａとした場合の二次電圧を測定した。

【００２９】各コアにおいて、中央脚部８２の半径は１
５ｍｍ、端脚部７２の径方向幅は５ｍｍ、天板部７１及
び底板部８１の厚さは７．５ｍｍ、突き合わせギャップ
は１ｍｍとした。断面縦横比ｂ／ａが１のコアにおい
て、実際にはａは２４．６ｍｍ、ｂは２４．５ｍｍとし
た。断面縦横比ｂ／ａが１．５のコアにおいて、実際に
はａは２０ｍｍ、ｂは３０ｍｍとした。断面縦横比ｂ／
ａが２のコアにおいて、実際にはａは１７．４ｍｍ、ｂ
は３４．５ｍｍとした。断面縦横比ｂ／ａが３のコアに
おいて、実際にはａは１４．２ｍｍ、ｂは４２．３ｍｍ
とした。断面縦横比ｂ／ａが６のコアにおいて、実際に
はａは１０ｍｍ、ｂは６０ｍｍとした。

【００３０】図１０から、断面縦横比ｂ／ａを１．５以
上とすると電圧変換効率を９０％とすることができ、断
面縦横比ｂ／ａを約２以上とすると電圧変換効率を約９
５％以上とすることができることがわかった。すなわ
ち、断面縦横比ｂ／ａを大きくするほど、漏れ磁束の低
減により電力変換効率が向上する。

【００３１】これは実施例１に示すような角形において
も同様である。当然、二次コア７及び二次コイル９ａと
一次コア８及び一次コイル９ｂとを入れ換えても同じで
ある。なお、断面縦横比ｂ／ａは無制限に大きくしても
却って鉄損が増加したり、コア重量体格がいたずらに増
大する不具合があり、好ましくない。したがって、断面
縦横比ｂ／ａを１０以下とすることが、これらの点から
好ましい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電磁給電装置の一実施例を示す断面
図、

【図２】図１の変形態様を示す断面図、

【図３】試験用の電磁給電装置（実施例）の断面図、

【図４】試験用の電磁給電装置（比較例）の断面図、

【図５】試験結果を示す特性図、

【図６】試験結果を示す特性図、

【図７】実施例２の電磁給電装置の一実施例を示す正面
図及び断面図、

【図８】図７の電磁給電装置の試験結果を示す特性図、

【図９】実施例３の電磁給電装置の一実施例を示す正面
図及び断面図、

【図１０】図７の電磁給電装置の試験結果を示す特性
図、

【符号の説明】

１は二次コア、２は二次コイル、３は一次コア、４は一
次コイル、１１は中央脚部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】突き合わせにより中央脚部及び端脚部を有
   する三脚型閉磁路コアを構成する一次コア及び二次コア
   と、前記中央脚部にそれぞれ同軸かつ同心状に巻装され
   る一次コイル及び二次コイルとを備え、前記一次コア及
   び前記一次コイルが給電部を、前記二次コア及び前記二
   次コイルが受電部を構成することを特徴とする電磁給電
   装置。
2. 【請求項２】前記中央脚部は１次コアまたは２次コアの
   うちの一方側に突き合わせギャップを有し、前記端脚部
   は他方側に突き合わせギャップを有する請求項１記載の
   電磁給電装置。
3. 【請求項３】前記三脚型閉磁路コアは、前記中央脚部及
   び端脚部と、前記両脚部の一端を磁気的に接続する天板
   部と、前記両脚部の他端を磁気的に接続する底板部と、
   前記中央脚部、端脚部、天板部及び底板部で区画される
   コイル収容空間とを備えており、前記中央脚部の高さで
   規定される前記コイル収容空間の高さは、前記中央脚部
   と前記端脚部との間の距離で規定される前記コイル収容
   空間の横幅の１．５倍以上に設定される請求項１乃至２
   記載の電磁給電装置。