特開 2023-72719 コア部材及びソレノイドコイルユニット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023072719

(43)【公開日】2023-05-25

(54)【発明の名称】コア部材及びソレノイドコイルユニット

(51)【国際特許分類】

   H01F 38/14 20060101AFI20230518BHJP

   H01F 41/02 20060101ALI20230518BHJP

   H01F 27/255 20060101ALI20230518BHJP

【ＦＩ】

H01F38/14

H01F41/02 D

H01F27/255

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021185323

(22)【出願日】2021-11-14

(71)【出願人】

【識別番号】522355547

【氏名又は名称】Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｆｅｒ 株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100165331

【弁理士】

【氏名又は名称】森岡 智昭

(72)【発明者】

【氏名】木村 孝

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 幹根

(57)【要約】

【課題】非接触給電における給電性能の低下を抑制でき、軽量化され、かつ、製造が容易であるコア部材を提供する。
【解決手段】コア部材は、他のソレノイドコイルユニットと非接触で電力の授受を行うソレノイドコイルユニットに用いられ、ソレノイドコイルが巻回される。コア部材は、前記ソレノイドコイルが中心軸周りに巻回される棒状のコア本体部を備え、前記コア本体部は、前記中心軸の軸方向に沿って配置され、前記中心軸に直交する径方向に配列された複数の磁性体部材によって構成され、前記複数の磁性体部材はそれぞれ、前記軸方向に沿った平坦面を有し、前記複数の磁性体部材のうち、前記径方向に隣り合って配置されているもの同士は、前記平坦面において互いに面接触している。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

他のソレノイドコイルユニットと非接触で電力の授受を行うソレノイドコイルユニットに用いられ、ソレノイドコイルが巻回されるコア部材であって、
前記ソレノイドコイルが中心軸周りに巻回される棒状のコア本体部を備え、
前記コア本体部は、前記中心軸の軸方向に沿って配置され、前記中心軸に直交する径方向に配列された複数の磁性体部材によって構成され、
前記複数の磁性体部材はそれぞれ、前記軸方向に沿った平坦面を有し、
前記複数の磁性体部材のうち、前記径方向に隣り合って配置されているもの同士は、前記平坦面において互いに面接触している、コア部材。

【請求項2】

前記複数の磁性体部材のうちの少なくとも一つは、前記軸方向に沿って一列に配列された複数の磁性体片によって構成され、
前記複数の磁性体片のうち、前記軸方向に隣り合って配置されているもの同士は、前記軸方向に交差する方向に向く端面において互いに面接触している、請求項１記載のコア部材。

【請求項3】

前記複数の磁性体片の前記端面の表面粗さは、前記磁性体部材における前記平坦面の表面粗さより小さい、請求項２に記載のコア部材。

【請求項4】

前記複数の磁性体部材は、少なくとも、前記径方向に隣り合って配置され、それぞれが前記複数の磁性体片によって構成された第１磁性体部材と第２磁性体部材とを含み、
前記第１磁性体部材を構成する前記複数の磁性体片同士の境界位置はいずれも、前記第２磁性体部材を構成する前記複数の磁性体片同士の境界位置と、前記軸方向においてずれている、請求項２又は請求項３記載のコア部材。

【請求項5】

前記第１磁性体部材と前記第２磁性体部材とは接着層を介して接合されており、
前記複数の磁性体片のうち、前記軸方向に隣り合うもの同士の間には接着層が設けられていない、請求項４に記載のコア部材。

【請求項6】

請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のコア部材と、前記コア本体部に巻回される前記ソレノイドコイルと、を備えるソレノイドコイルユニット。

【請求項7】

他のソレノイドコイルユニットと非接触で電力の授受を行うソレノイドコイルユニットにおいて、ソレノイドコイルが巻回される棒状のコア本体部を有するコア部材の製造方法であって、
それぞれが平坦面を有する複数の磁性体部材を形成する工程と、
前記平坦面同士が面接触する状態で前記複数の磁性体部材を配列させることにより、前記平坦面に沿った中心軸を有する棒状のコア本体部を構成する工程と、
を備える、コア部材の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、他のソレノイドコイルユニットと非接触で電力の授受を行うソレノイドコイルユニットに用いられるコア部材に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、電子デバイスや電動モビリティ等に対し、ケーブルを用いることなく電力を伝送する、非接触給電システムが注目されている。非接触給電システムは、「無線給電システム」とも呼ばれる。非接触給電システムは、離間して配置された給電側と受電側の２つのコイルユニット間において電力の授受を行う。コイルユニットとしては、サーキュラー型や、例えば、下記の特許文献１のように、コア部材にソレノイドコイルが巻回されたソレノイド型が用いられる場合がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５－８８６６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

例えば電動モビリティ等の大型な機械や装置、システムに非接触給電システムを搭載する場合、コイルユニットが大型化し、そのコア部材も大型化する可能性がある。コア部材の大型化は、その製造設備の大型化や製造工程の煩雑化、製造コストの増大を招き、コア部材の製造を困難にする可能性があった。また、コア部材の大型化は、非接触給電システムのコイルユニットや、コイルユニットが搭載されるモビリティ等の重量増加につながる可能性もあった。そのため、非接触給電システムのコイルユニットに用いられるコア部材は、できるだけ軽量化されていることが望ましく、大型化した場合でも、その製造が容易であることが望ましい。さらに、非接触給電システムにおいては、コア部材が軽量化された場合であっても、所定の給電性能を確保されるように、コイルユニット間における結合係数の低下が抑制できることが望ましい。本願は、上記の特許文献１に開示されているような板状のコアとは異なる構成を有し、非接触給電における給電性能の低下を抑制でき、軽量化され、かつ、製造が容易であるコア部材を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上述した課題を解決するための第１の形態は、他のソレノイドコイルユニットと非接触で電力の授受を行うソレノイドコイルユニットに用いられ、ソレノイドコイルが巻回されるコア部材として提供される。この形態のコア部材は、前記ソレノイドコイルが中心軸周りに巻回される棒状のコア本体部を備える。前記コア本体部は、前記中心軸の軸方向に沿って、前記中心軸に直交する径方向に配列された複数の磁性体部材によって構成され、前記複数の磁性体部材はそれぞれ、前記軸方向に沿った平坦面を有し、前記複数の磁性体部材のうち、前記径方向に隣り合って配置されているもの同士は、前記平坦面において互いに面接触している。

【0006】

第２の形態のコア部材において、前記複数の磁性体部材のうちの少なくとも一つは、前記軸方向に沿って一列に配列された複数の磁性体片によって構成され、前記複数の磁性体片のうち、前記軸方向に隣り合って配置されているもの同士は、前記軸方向に交差する方向に向く端面において互いに面接触していてよい。

【0007】

第３の形態のコア部材において、前記複数の磁性体片の前記端面の表面粗さは、前記磁性体部材における前記平坦面の表面粗さより小さくてよい。

【0008】

第４の形態のコア部材において、前記複数の磁性体部材は、少なくとも、前記径方向に隣り合って配置され、それぞれが前記複数の磁性体片によって構成された第１磁性体部材と第２磁性体部材とを含み、前記第１磁性体部材を構成する前記複数の磁性体片同士の境界位置はいずれも、前記第２磁性体部材を構成する前記複数の磁性体片同士の境界位置と、前記軸方向においてずれていてよい。

【0009】

第５の形態のコア部材において、前記第１磁性体部材と前記第２磁性体部材とは接着層を介して接合されており、前記複数の磁性体片のうち、前記軸方向に隣り合うもの同士の間には接着層が設けられていなくてよい。

【0010】

第６の形態は、上記のいずれかの形態のコア部材と、前記コア本体部に巻回される前記ソレノイドコイルと、を備えるソレノイドコイルユニットとして提供される。

【0011】

第７の形態は、他のソレノイドコイルユニットと非接触で電力の授受を行うソレノイドコイルユニットにおいて、ソレノイドコイルが巻回される棒状のコア本体部を有するコア部材の製造方法として提供される。この形態の製造方法は、それぞれが平坦面を有する複数の磁性体部材を形成する工程と、前記平坦面同士が面接触する状態で前記複数の磁性体部材を配列させることにより、前記平坦面に沿った中心軸を有する棒状のコア本体部を構成する工程と、を備える。

【発明の効果】

【0012】

上記第１の形態のコア部材によれば、棒状のコア本体部を有することにより、非接触給電を行うソレノイドコイルユニット間の結合係数の低下を抑制しながらの軽量化を容易に実現できる。また、コア本体部が複数の磁性体部材によって構成されるため、コイルユニットを大型化させた場合でも、コア本体部を構成する基材の大型化によりコア部材の製造が困難になることを抑制できる。さらに、コア本体部では、複数の磁性体部材が軸方向に沿って配置されるとともに、互いに軸方向に沿ったその平坦面同士において面接触しているため、非接触給電の際に、コア部材内部における磁束の損失を抑制できる。よって、コア部材が複数の磁性体部材で構成されていることによって、非接触給電を行うソレノイドコイルユニット間の結合係数の低下を抑制することができる。

【0013】

上記第２の形態のコア部材によれば、コア本体部を構成する磁性体部材を、磁性体部材より小型な複数の磁性体片によって構成することができる。よって、コア部材の大型化によって、その製造が困難になってしまうことをさらに抑制できる。また、この形態のコア部材では、磁性体部材を構成する磁性体片同士を面接触させているため、非接触給電の際に隣り合う磁性体片同士の境界に生じる隙間によって磁束の損失が生じることを抑制できる。よって、磁性体部材を複数の磁性体片により構成したことによる結合係数の低下を抑制できる。

【0014】

上記第３の形態のコア部材によれば、磁性体片の端面の表面粗さが小さいため、非接触給電の際に磁性体片同士の境界において磁束の損失が生じることを、さらに抑制できる。よって、結合係数の低下をさらに抑制できる。

【0015】

上記第４の形態のコア部材によれば、隣り合う一対の磁性体部材において磁性体片の境界位置がずれているため、磁性体片のそれぞれを互いに支持し合う状態でコア部材に組み付けることが容易にでき、コア部材の製造を容易化できる。

【0016】

上記第５の形態のコア部材によれば、第１磁性体部材と第２磁性体部材とが接着層を介して接合される。また、その接着層によって、第１磁性体部材と第２磁性体部材を構成する各磁性体片を固定することもできる。よって、コア部材を構成する磁性体片が分離してしまうことを抑制できる。また、磁性体片同士の間には接着層が設けられていないため、非接触給電の際に、隣り合う磁性体片の境界の接着層において磁束の損失が生じることを抑制できる。加えて、磁性体片同士を、接着層を介して接合する場合よりもコア部材を軽量化することができる。

【0017】

上記第６の形態のソレノイドコイルユニットによれば、棒状のコア本体部を有するコア部材を備えるため、結合係数の低下を抑制しながら軽量化することが容易にできる。

【0018】

上記第７の形態の製造方法によれば、軽量化され、かつ、非接触給電におけるコイルユニット間の結合係数の低下を抑制できるコア部材を容易に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】第１実施形態の非接触給電システムの構成を示す概略斜視図。

【図2】非接触給電が行われている際の磁束線を示す模式図。

【図3】ソレノイドコイルユニットの概略平面図。

【図4】ソレノイドコイルユニットの概略側面図。

【図5】ソレノイドコイルユニットの概略正面図。

【図6】コア本体部の第１の概略断面図。

【図7】コア本体部の第２の概略断面図。

【図8】コア部材の製造方法の一例を示す工程フロー図。

【図9】コア部材のサイズと非接触給電システムの給電性能との関係を示す説明図。

【図10】第２実施形態のコア本体部の構成を示す概略断面図。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本開示のコア部材、それを用いたコイルユニット、および、コア部材の製造方法の実施形態を、各図を参照して詳細に説明する。

【0021】

１．第１実施形態：
図１は、本実施形態のコア部材１０を備える非接触給電システム１００の構成を示す概略斜視図である。図１には、コア部材１０における後述するコア本体部１１の中心軸ＣＸを一点鎖線で図示してある。以下、中心軸ＣＸに平行な方向を単に「軸方向」とも呼び、軸方向に直交する方向を「径方向」とも呼ぶ。また、図１には、互いに直交する三方向を示す矢印ｘ，ｙ，ｚを図示してある。ｙ方向は、軸方向に相当し、ｘ方向およびｚ方向はそれぞれ径方向に相当する。ｘ方向は、コア部材１０の「幅方向」に相当し、ｙ方向はコア部材１０の「長さ方向」に相当し、ｚ方向は、コア部材１０の「厚み方向」に相当する。また、ｚ方向は、一対のソレノイドコイルユニット５０，５０ａの「離間方向」にも相当する。

【0022】

非接触給電システム１００は、一対のソレノイドコイルユニット５０，５０ａを備える。ソレノイドコイルユニット５０は、他のソレノイドコイルユニット５０ａと非接触で電力の授受を行う。非接触給電システム１００は、例えば、電動モビリティへの給電に利用される。この場合には、第１のソレノイドコイルユニット５０が電動モビリティに搭載されて電動モビリティの電気系統に接続され、第２のソレノイドコイルユニット５０が充電設備に設置され、電力源に接続されるものとしてよい。なお、非接触給電システム１００は、電動モビリティ以外の他の電力を利用する機械や装置、システムへの給電に利用されてもよい。

【0023】

非接触給電システム１００を構成する第１のソレノイドコイルユニット５０と第２のソレノイドコイルユニット５０ａとはほぼ同じ構成を有し、自己インダクタンスも同じである。よって、本明細書における第１のソレノイドコイルユニット５０についての説明は、第２のソレノイドコイルユニット５０ａにも適用できる。以下では、第１のソレノイドコイルユニット５０を単に「ソレノイドコイルユニット５０」と呼ぶ場合もある。

【0024】

ソレノイドコイルユニット５０は、コア部材１０と、コア部材１０に巻回されたソレノイドコイル２０と、を備える。また、本実施形態では、コア部材１０は、両方の端部１２にそれぞれ、磁極板１５を備えている。コア部材１０は、フェライト等の高磁性体材料によって構成される。コア部材１０は、例えば、パーマロイ等の高透磁率を有する合金や、ダスト材によって構成されてもよい。ソレノイドコイルユニット５０の構成の詳細および磁極板１５の機能については後述する。

【0025】

非接触給電システム１００において非接触給電が行われる際には、２つのソレノイドコイルユニット５０，５０ａは、互いに並列な姿勢でｚ方向に所定の離間距離Gを空けて配置される。離間距離Ｇは、２つのコア部材１０の中心軸ＣＸ間の距離に相当する。非接触給電システム１００を電動モビリティへの給電に利用する場合、電動モビリティの種類にもよるが、離間距離Gは、例えば、１００～４００ｍｍ程度であるとしてよく、１５０～３００ｍｍ程度であるとしてもよく、１８０ｍｍ～２５０ｍｍ程度としてもよい。

【0026】

以下、ｚ方向を「離間方向」とも呼ぶ。また、本明細書において「並列」とは、一の直線が他の直線に沿っている状態を意味しており、２つの直線が数学的に厳密に「平行」に配置されている状態と、一の直線が他の直線に対して数°程度の傾斜角を有している状態と、を含む概念である。

【0027】

図２は、非接触給電システム１００において非接触給電が行われている際の磁束ＭＦを示す模式図である。図２では、２つのソレノイドコイルユニット５０，５０ａの磁極板１５の図示は便宜上、省略されている。

【0028】

非接触給電システム１００では、一対のソレノイドコイルユニット５０，５０ａが図１および図２に示すように互いに並列に離間して設置された状態で非接触給電が行われる。第２のソレノイドコイルユニット５０ａを給電側とする場合には、第２のソレノイドコイルユニット５０ａに電流が流すことにより生じる磁束ＭＦが受電側である第１のソレノイドコイルユニット５０のコア部材１０を通り、第２のソレノイドコイルユニット５０に戻ることで相互誘導が生じる。２つのソレノイドコイルユニット５０，５０ａの間で電力が授受される。なお、第１のソレノイドコイルユニット５０に電流を流すことにより、第１のソレノイドコイルユニット５０を給電側とし、第２のソレノイドコイルユニット５０ａを受電側として非接触給電を行うことが可能である。

【0029】

図１および図２では、一対のソレノイドコイルユニット５０，５０ａが互いに位置ずれなく配置されている状態が例示されている。この状態では、一対のソレノイドコイルユニット５０，５０ａを離間方向であるｚ方向に見たときに、第１のソレノイドコイルユニット５０の外周輪郭線と第２のソレノイドコイルユニット５０ａの外周輪郭線とが互いに重なり合う。このように位置ずれがない状態であるときに一対のソレノイドコイルユニット５０，５０ａの間の結合係数が最も高くなり、電力の伝送効率が最も高くなる。非接触給電システムにおいては、結合係数が高いほど給電性能が高いことを意味する。以下、本明細書において「結合係数」と言うときには、特に断らない限り、位置ずれが生じていない状態のときの結合係数を意味するものとする。

【0030】

本実施形態の非接触給電システム１００では、コア部材１０が後述する棒状のコア本体部１１を備えていることにより、結合係数の低下を抑制しながら軽量化されている。この効果については、コア部材１０の詳細な構成および製造方法を説明した後に詳細に説明する。

【0031】

ここで、非接触給電システムでは通常、給電側と受電側のコイルユニットの間に多少の位置ずれが生じている場合でも、所定の伝送効率を確保した状態で非接触給電を行うことが可能である。所定の伝送効率を確保できるコイルユニット間の位置ずれの許容度は「ロバスト性」とも呼ばれる。本実施形態の非接触給電システム１００では、ソレノイドコイルユニット５０に磁極板１５が設けられていることにより、このロバスト性が高められているが、その詳細についても、コア部材１０の詳細な構成および製造方法を説明した後に説明する。

【0032】

図３～図５を参照して、ソレノイドコイルユニット５０の構成を説明する。図３は、ソレノイドコイルユニット５０をｚ方向に見たときの概略平面図である。図４は、ソレノイドコイルユニット５０をｘ方向に見たときの概略側面図である。図５は、ソレノイドコイルユニット５０をｙ方向に見たときの概略正面図である。

【0033】

ソレノイドコイルユニット５０のコア部材１０は、棒状のコア本体部１１と、コア本体部１１の軸方向における両端に位置する２つの端部１２と、を有する。本明細書では、「棒状」は、「柱状」と言い換えてもよく、少なくとも、中心軸に沿った軸方向の長さが、中心軸周りの側面間の幅よりも大きい細長い形状を意味する。コア部材１０において、コア本体部１１は、ソレノイドコイル２０によって覆われている部位であり、２つの端部１２はソレノイドコイル２０の両端から延び出ている部位である。

【0034】

本実施形態では、コア本体部１１は、四角柱状の形状を有しており、中心軸ＣＸに垂直な断面におけるコア本体部１１の断面形状は長方形状の形状を有している。コア本体部１１の幅ｗは、コア本体部１１の厚みｔより大きく、コア本体部１１の長さＬよりも小さい。「幅」はｘ方向における寸法を意味し、「厚み」はｚ方向における寸法を意味し、「長さ」はｙ方向における寸法を意味する。本実施形態では、コア本体部１１は、コア本体部１１の幅ｗの２倍より大きい長さLを有している。コア本体部１１の長さＬは、その幅ｗの８倍以上であることが好ましい。この理由については後述する。

【0035】

本実施形態のように、コア本体部１１が四角柱状の形状を有していれば、その成形や取り回しが容易であるため、コア部材１０の製造が容易化される。他の実施形態では、コア本体部１１は四角柱状の形状に限定されることはなく、種々の棒状体・柱状体で構成されていてもよい。また、コア本体部１１の断面形状も長方形形状に限定されることはない。コア本体部１１は、例えば、円柱状や、三角柱状、多角柱状の形状を有していてもよい。また、コア本体部１１の断面は、三角形形状や正方形形状、その他の多角形形状を有していてもよいし、略正円状や、略楕円状、略長円状等の種々の形状を有していてもよい。

【0036】

本実施形態では、コア本体部１１は、複数の磁性体部材によって構成されており、その磁性体部材は、複数の磁性体片によって構成されている。複数の磁性体部材および複数の磁性体片の詳細については後述する。

【0037】

ソレノイドコイル２０は絶縁被覆された電線を、コア本体部１１の中心軸ＣＸ周りに密に何重にも巻回したものである。なお、各図では、便宜上、ソレノイドコイル２０における一本ずつの電線の図示は省略してある。ソレノイドコイル２０は、コア本体部１１の軸方向全体に密に巻き回されている。ソレノイドコイル２０の電線に電流を流すと軸方向に磁場が発生する。磁束の乱れや漏れを低減するためには、電線は均一かつ規則的に巻回されていることが望ましい。なお、ソレノイドコイル２０の中心軸は、コア本体部１１の中心軸ＣＸと一致する。また、ソレノイドコイル２０の長さはコア本体部１１の長さＬと一致する。

【0038】

上述した通り、ソレノイドコイルユニット５０では、ソレノイドコイル２０の軸方向における両端からコア部材１０の２つの端部１２が軸方向に延び出ている。コア部材１０の２つの端部１２は、ソレノイドコイルユニット５０の磁極として機能する。本実施形態では、各端部１２の対向面には磁極板１５が設けられている。ここで、コア部材１０における「対向面」とは、非接触給電を行う際に、電力を授受する他のソレノイドコイルユニットの方に向く面を意味する。コア部材１０において、対向面に対してｚ方向における反対側の面を「外側面」とも呼ぶ。

【0039】

本実施形態では、各端部１２の対向面は、コア本体部１１の対向面を軸方向に延長した面によって構成されている。また、本実施形態では、各端部１２は、ソレノイドコイル２０から軸方向に離れるほどその厚みが小さくなる形状を有しており、コア本体部１１の外側面から各端部１２の対向面に向かって傾斜している傾斜面を有している。なお、各端部１２の形状はこれに限定されることはない。他の実施形態では、各端部１２は、例えば、コア本体部１１から軸方向にそのまま延長された形状、本実施形態であれば四角柱状の形状、を有していてもよい。

【0040】

磁極板１５は、板状の部位として構成されている。本実施形態では、磁極板１５は、端部１２の底面からｘ方向およびｙ方向に張り出しており、ｚ方向に見たときに四角状の形状を有している。磁束漏れの発生を抑制する観点からは、磁極板１５の面積は大きいほど好ましい。磁極板１５のｙ方向における寸法ａは、端部１２の軸方向における長さTLよりも長い。寸法ａは、長さＴＬの２倍以上としてもよい。また、磁極板１５のｘ方向における寸法ｂはコア本体部１１の幅ｗより大きい。寸法ｂは幅ｗの２倍以上であるとしてもよい。

【0041】

磁極板１５の厚みｃは、コア本体部１１の厚みｔよりも小さい。コア部材１０を軽量化する観点からは、磁極板１５の厚みｃは、小さいほど好ましい。磁極板１５の厚みｃは、例えば、コア本体部１１の厚みｔの１／２以下であることが好ましく、１／３以下であることがより好ましい。また、磁極板１５の厚みｃは、コア本体部１１の厚みｔの１／４以下であることがさらに好ましい。磁極板１５は、コア部材１０の端部１２と一体的に作製されていてもよいし、端部１２に対して、例えば、接着剤等を介して接合されていてもよい。

【0042】

なお、ｚ方向に見たときの磁極板１５の形状は、四角状の形状に限定されることはない。他の実施形態では、ｚ方向に見たときの磁極板１５の形状は、正円状や、楕円状、長円状、三角状、多角形状等の種々の形状を有していてもよい。また、他の実施形態では、磁極板１５は、端部１２からｘ方向に張り出すことなく、ｙ方向にのみ張り出す形状を有していてもよい。他の実施形態では、磁極板１５は、コア本体部１１とは異なる磁性体材料によって構成されていてもよい。

【0043】

図６および図７を参照して、コア部材１０を構成する磁性体部材３０および磁性体片３５を説明する。図６は、図３に示す６－６切断におけるコア本体部１１の概略断面図である。また、図７は、図４に示す７－７切断におけるコア本体部１１の概略断面図である。

【0044】

コア部材１０のコア本体部１１は、径方向に配列された複数の磁性体部材３０によって構成される。本実施形態では、複数の磁性体部材３０として第１磁性体部材３０ａと第２磁性体部材３０ｂとを有しており、第１磁性体部材３０ａと第２磁性体部材３０ｂとは径方向のうちのｚ方向に配列されている。なお、以下では、第１磁性体部材３０ａと第２磁性体部材３０ｂとを区別する必要がない場合には、特に断らない限り、「磁性体部材３０」と総称する。

【0045】

本実施形態では、各磁性体部材３０は、四角柱状の形状を有している。各磁性体部材３０は、軸方向に沿って配置され、各磁性体部材３０の側面は、軸方向に沿った平坦面３１を構成している。本明細書において「平坦面」とは、肉眼による観察によって平面と認識される面を意味しており、例えば、数百μｍ以下の微小な凹凸構造を含むような面も含む概念である。

【0046】

互いに隣り合って配置されている第１磁性体部材３０aと第２磁性体部材３０ｂとは、それらの配列方向であるｚ方向に向く平坦面３１において互いに面接触している。本明細書において「面接触」とは、２つの面が互いに向き合った状態で、ある一定の面積を有する接触領域において実質的に接している状態を意味している。「面接触」している状態には、当該接触領域に、接着層などの例えば１ｍｍより小さい極めて薄い厚みを有する層が介在している状態や、例えば数百μｍ以下の微小な隙間が局所的に生じているような状態も含まれる。

【0047】

第１磁性体部材３０aと第２磁性体部材３０ｂとは、接着層４０を介して互いに接合されている。接着層４０は、例えば、エポキシ系の接着剤を磁性体部材３０の平坦面３１に塗布することによって形成される。接着層４０を構成する接着剤には、磁性体の微小な粉体が混入されていてもよい。なお、コア部材１０が、電動モビリティなどの振動が発生する頻度が高い環境下で使用される場合には、接着層４０はゴム系の接着剤によって構成されることが好ましい。これにより、隣り合って配置されている磁性体部材３０ａ，３０ｂ同士の間に外部環境の振動によって生じる歪に起因する内部応力を、接着層４０の弾性変形によって吸収・緩和させることができる。よって、外部環境の振動に対するコア部材１０の耐久性を高めることができる。

【0048】

本実施形態では、各磁性体部材３０は、軸方向に沿って一列に配列された複数の磁性体片３５によって構成されている。磁性体片３５は直方体状の形状を有しており、軸方向に交差する方向に向く端面36と、磁性体部材３０の側面を構成する、軸方向に沿った側面とを有する。本実施形態では、磁性体片３５の端面３６は、軸方向に対して直交している。各磁性体部材３０では、軸方向に隣り合って配置されている磁性体片３５同士は、互いの端面３６において面接触している。本実施形態では、端面３６が面接触している磁性体片３５同士の間に接着層は設けられていない。

【0049】

本実施形態では、磁性体片３５の端面３６の表面粗さは、磁性体部材３０の平坦面３１の表面粗さよりも小さい。ここでの表面粗さは、最大高さＲｚによって表される。本実施形態では、磁性体片３５の端面３６は、最大高さＲｚが２０μｍより小さくなるように研磨加工されている。これにより、各磁性体部材３０では、軸方向に隣り合って配列されている磁性体片３５の間に２０μｍ以上の微小な空隙が形成されることが抑制されている。

【0050】

また、本実施形態では、第１磁性体部材３０ａと第２磁性体部材３０ｂのそれぞれを構成する磁性体片３５は、軸方向に千鳥配列されている。つまり、第１磁性体部材３０ａにおいて隣り合って配置されている磁性体片３５同士の境界位置はいずれも、第２磁性体部材３０ｂにおいて、隣り合って配置されている磁性体片３５同士の境界位置と軸方向にずれており、軸方向に交互に配列されている。

【0051】

図８は、コア部材１０の製造方法の一例を示す工程フロー図である。工程１では、磁性体部材３０を構成する複数の磁性体片３５が準備される。磁性体片３５は、例えば、フェライトの粉体を成形して焼結することにより作製される。本実施形態では、磁性体片３５は、直方体形状に成形される。

【0052】

工程２では、磁性体片３５の端面３６に研磨される。上述したように、磁性体片３５の端面３６は、磁性体部材３０の平坦面３１を構成することになる側面よりも表面粗さが小さくなるように研磨加工される。本実施形態では、表面粗さの最大高さＲｚが２０μｍより小さくなるように研磨加工される。

【0053】

工程３では、複数の磁性体部材３０によってコア本体部１１が構成される。本実施形態の工程３では、まず、複数の磁性体片３５を、隣り合うもの同士の端面３６が面接触する状態で一列に配列することにより、第１磁性体部材３０ａが構成される。その後、第１磁性体部材３０ａの平坦面３１に接着剤が塗布されることにより、接着層４０が形成される。続いて、その未乾燥の接着層４０の上に、複数の磁性体片３５が、隣り合うもの同士の端面３６が面接触する状態で一列に配列されることにより、第２磁性体部材３０ｂが構成される。工程３は、それぞれが平坦面３１を有する複数の磁性体部材３０を形成する工程と、平坦面３１同士が面接触する状態で複数の磁性体部材３０を配列させることにより、平坦面３１に沿った中心軸CXを有する棒状のコア本体部１１を構成する工程と、を含んでいると解釈できる。

【0054】

工程４では、コア本体部１１の両端に位置する２つの端部１２に磁極板１５が設けられる。以上の工程により、本実施形態のコア部材１０が完成する。この製造方法によれば、複数の磁性体片３５および複数の磁性体部材３０によって構成された棒状のコア本体部１１を備えるコア部材１０を容易に製造することができる。

【0055】

図９は、コア部材１０のサイズと非接触給電システム１００の給電性能との関係を表すグラフを示す説明図である。このグラフは、本願発明者の実験により得られたものである。このグラフの横軸は、コア本体部１１の幅ｗを示し、縦軸は、コア本体部１１の幅ｗに対する結合係数ｋの比ｋ／ｗを示している。このグラフは、コア本体部１１の長さＬおよび厚みｔを一定とし、幅ｗを様々な寸法に変更してソレノイドコイルユニット５０，５０ａを構成し、幅ｗごとに結合係数ｋを測定することによって得られた。ここでの結合係数ｋは、２つのソレノイドコイルユニット５０，５０ａを、離間距離Ｇを２００ｍｍとして位置ずれがないように設置したときに得られた値である。

【0056】

この実験では、上記の通り、長さＬと厚みｔとを一定としているため、横軸の幅ｗが小さいほど、幅ｗが小さいほど、幅ｗに対する長さＬの比Ｌ／ｗが大きくなり、コア本体部１１は細長い形状となる。また、長さＬと厚みｔとが一定であるため、縦軸のｋ／ｗは、コア部材１０の重さに対する結合係数ｋの値と正の相関関係を有することになる。つまり、縦軸のｋ／ｗが大きいほど、コア部材１０の重さに対する結合係数ｋの値が大きいことを示しており、コア部材１０を軽量化したとしても高い結合係数ｋを得やすい傾向を示していると言える。

【0057】

ここで、コア部材１０の幅ｗがｗ１のとき、Ｌ／ｗは８となり、コア部材１０の幅ｗがｗ２のとき、Ｌ／ｗは２であった。このグラフに示されている通り、コア部材１０は、その幅ｗに対する長さＬの比Ｌ／ｗが２より大きいとき、幅ｗが小さいほど、つまり、コア部材１０が細長いほど、ｋ／ｗの値が大きくなっている。このことは、コア部材１０は、Ｌ／ｗが２より大きくなる細長い形状であるほど、高い結合係数ｋを維持したまま軽量化することができることを示している。また、このグラフでは、Ｌ／ｗが８以上になるほど、幅ｗの減少量に対するｋ／ｗの増加量が著しく大きくなっている。このことは、Ｌ／ｗが８以上となる極めて細長い形状であるほど、より一層、コア部材１０の軽量化したときの結合係数ｋの低下をより一層抑制できることを示している。

【0058】

このように、本実施形態のコア部材１０であれば、棒状の細長い形状のコア本体部１１を備えているため、結合係数ｋを高い値に維持したまま、コア部材１０を軽量化することが容易にできる。

【0059】

図６および図７を参照する。本実施形態のコア部材１０によれば、サイズが小さい磁性体片３５や磁性体部材３０を組み合わせることにより、コア本体部１１が構成される。よって、コア部材１０を大型化させた場合でも、コア部材１０の基材が大型化して、コア部材１０の製造装置が大型化することや、その製造工程が煩雑になることなどを抑制することができる。また、サイズが小さい磁性体片３５や磁性体部材３０であればその取り回しが容易であるため、コア部材１０の製造が容易化される。

【0060】

本実施形態のコア部材１０によれば、上述したように、複数の磁性体部材３０が、軸方向に沿って配置されるとともに、軸方向に沿った平坦面３１同士が面接触している。これにより、非接触給電の際に、磁束がコア部材１０の内部を軸方向に沿って通過する磁束が、コア部材１０の内部の磁性体部材３０の境界によって減少してしまうことが抑制されている。よって、本実施形態のコア部材１０によれば、コア部材１０の棒状のコア本体部１１が複数の磁性体部材３０によって構成されていることに起因して結合係数が低下してしまうことが抑制される。

【0061】

本実施形態のコア部材１０によれば、上述したように、磁性体部材３０を構成する複数の磁性体片３５のうち、軸方向に隣り合って配置されているもの同士は、端面３６において面接触している。これにより、非接触給電の際に、磁性体部材３０を通過する磁束が、磁性体片３５の境界において減少してしまうことが抑制されている。よって、本実施形態のコア部材１０によれば、磁性体部材３０が複数の磁性体片３５によって構成されていることに起因して結合係数が低下してしまうことが抑制されている。

【0062】

また、本実施形態では、磁性体片３５の端面３６は、上述したように、磁性体部材３０の平坦面３１よりも小さい表面粗さを有しており、磁性体部材３０同士の境界に、磁束が減少する原因となるような間隙が生じることが抑制されている。よって、磁束が磁性体片３５の境界において減少してしまうことがさらに抑制されており、非接触給電システム１００における結合係数の低下が、さらに抑制される。加えて、本実施形態では、磁性体部材３０同士の間に接着層が設けられていないため、接着層によって磁束の通過が妨げられてしまうことが抑制されている。よって、非接触給電システム１００における結合係数の低下が、より一層抑制される。

【0063】

本実施形態のコア部材１０によれば、上述したように、第１磁性体部材３０を構成する磁性体片３５の境界位置と第２磁性体部材３０ａを構成する磁性体片３５の境界位置はいずれも、軸方向においてずれた位置にある。これにより、第１磁性体部材３０の磁性体片３５と第２磁性体部材３０ａの磁性体片３５とは互いに支持し合える位置関係になっている。これにより、コア部材１０を構成する磁性体片３５が分離してしまうことが抑制される。また、磁性体部材３０間の接着層４０によって各磁性体片３５を固定することができるため、軸方向に隣り合う磁性体片３５同士の間の接着層を省略することができる。よって、上述したように、軸方向に隣り合う磁性体片３５同士の間の接着層により、磁性体部材３０内の磁束の通過が妨げられることが抑制されている。また、磁性体片３５同士の間に接着層を設けることによる重量の増加や製造コストの増加が抑制されている。

【0064】

本実施形態では、コア部材１０は、その両端に磁極板１５を有している。ここで、２つのソレノイドコイルユニット５０，５０ａによって構成される磁気回路における磁気抵抗Rは下記の数式１で表される。数式１が示すように、磁極板１５の面積ＰＳが大きいほど、磁気抵抗Ｒは小さくなり、それだけ磁束が大きくなる。このことから、磁極板１５の寸法ａ，ｂを大きくし、その面積ＰＳを大きくすれば、結合係数ｋが大きくなることは明らかである。

【0065】

【数1】

【0066】

また、磁極板１５であれば、厚みｃを調整することにより軽量に構成することが容易である。よって、本実施形態のソレノイドコイルユニット５０であれば、磁極板１５により、コア部材１０全体を軽量化しながら結合係数ｋを高めることが容易にできる。さらに、コア本体部１１からｘ方向およびｙ方向に張り出している磁極板１５により、非接触給を行う際に、２つのソレノイドコイルユニット５０，５０ａが離間方向に重なり合う面積を増加させることができる。これにより、多少の位置ずれが生じていたとしても結合係数ｋが低下することが抑制される。よって、非接触給電システム１００のロバスト性を高めることができる。

【0067】

以上のように、本実施形態のコア部材１０によれば、棒状のコア本体部１１を有することにより、結合係数の低下を抑制しながらの軽量化を容易に実現できる。また、コア本体部１１が複数の磁性体片３５や複数の磁性体部材３０によって構成されるため、コア部材１０の大型化に起因してコア部材１０の製造が困難になることを抑制できる。さらに、本実施形態のコア部材１０によれば、非接触給電の際に、コア部材１０内部で磁束が減少することを抑制でき、ソレノイドコイルユニット５０間の結合係数ｋの低下を抑制することができる。

【0068】

２．第２実施形態：
図１０は、第２実施形態としてのコア部材１０Ａが備えるコア本体部１１Ａの構成を示す概略断面図である。図１０は、図６と同様な切断位置での断面を示している。第２実施形態のコア部材１０Ａの構成は、以下に説明する点以外は、上記の第１実施形態のコア部材１０とほぼ同じである。第２実施形態のコア本体部１１Ａは、単一の磁性体材料によって構成された複数の磁性体部材３０Ａによって構成されている。つまり、第２実施形態では、各磁性体部材３０Ａは、複数の磁性体片３５には分割されていない。磁性体部材３０Ａはシート状に構成されており、ｚ方向に積層され、接着層４０を介して互いに接合されている。第２実施形態のコア部材１０Aによれば、磁性体部材３０Ａ内部に、磁性体片３５間の境界が存在しないため、非接触給電の際のコア部材１０A内部における磁束の減少を、さらに抑制することができる。また、コア本体部１１の構成部材の数を低減でき、その分、製造工程にかかる手間を減らすことができる。その他に、第２実施形態のコア部材１０Aによれば、上記の第１実施形態で説明した種々の効果を奏することができる。

【0069】

３．他の実施形態：
本開示の技術は、上述の実施形態の構成に限定されることはない。例えば、以下のように改変することが可能である。

【0070】

（１）上記第１実施形態において、コア本体部１１を構成する複数の磁性体部材３０として、２つの磁性体部材３０ａ，３０ｂに加えて、さらに１つ以上の磁性体部材を備えていてもよい。複数の磁性体部材３０は、３つ以上の任意の数で構成されてもよい。また、上記第１実施形態および第２実施形態では、複数の磁性体部材３０，３０Ａがｚ方向に配列されているが、複数の磁性体部材３０は、軸方向に相当するｙ方向に直交する径方向に配列されていればよく、ｚ方向に限定されることはない。複数の磁性体部材３０は、ｘ方向に配列されていてもよいし、ｘ方向およびｚ方向に斜めに交差する方向に配列されていてもよい。例えば、３つ以上の磁性体部材３０が、中心軸ＣＸの周りを囲むように配列されていてもよい。

【0071】

（２）上記の各実施形態において、複数の磁性体部材３０は、四角柱状の形状に限定されることはない。複数の磁性体部材３０は、軸方向に沿って配置される平坦面３１を少なくとも１つ有する形状であればよい。磁性体部材３０は、例えば、半円柱状の形状や三角柱状や多角柱状の形状を有していてもよい。磁性体部材３０を構成する複数の磁性体片３５についても同様である。

【0072】

（３）上記第１実施形態において、第１磁性体部材３０と第２磁性体部材３０のいずれか一方が、複数の磁性体片３５によって構成されることなく、単一の磁性体材料によって構成されていてもよい。複数の磁性体部材３０のうちの少なくとも１つが複数の磁性体片３５によって構成されていてもよいし、第２実施形態のように、いずれの磁性体部材３０も単一の磁性体材料によって構成されていてもよい。

【0073】

（４）上記第１実施形態において、第１磁性体部材３０ａを構成する複数の磁性体片３５の境界位置と第２磁性体部材３０ｂを構成する複数の磁性体片３５の境界位置とは軸方向に交互に配列されていなくてもよい。磁性体片３５の境界位置は、第１磁性体部材３０ａと第２磁性体部材３０ｂとで軸方向にずれた位置にあればよい。なお、複数の磁性体片３５を、接着剤や、後述するような他の締結手段によって固定できるのであれば、第１磁性体部材３０ａと第２磁性体部材３０ｂにおける磁性体片３５同士の境界位置は軸方向に同じ位置であってもよい。

【0074】

（５）上記第１実施形態において、磁性体片３５の端面３６は軸方向に対して斜めに傾斜した傾斜面として構成されていてもよい。また、磁性体片３５の端面３６は、曲面によって構成されていてもよい。磁性体片３５の端面３６は軸方向に交差する面として構成されていればよい。

【0075】

（６）上記第１実施形態において、磁性体片３５の端面３６の表面粗さは、複数の磁性体部材３０の平坦面３１の表面粗さとほぼ同じであってもよいし、複数の磁性体部材３０の平坦面３１の表面粗さより大きくてもよい。この場合には、図８に示すコア部材１０の製造方法において、磁性体片３５の端面３６を研磨する工程２は省略されてもよい。

【0076】

（７）上記の各実施形態において接着層４０は省略されてもよい。この場合には、コア本体部１１を構成する複数の磁性体部材３０や複数の磁性体片３５は、例えば、ソレノイドコイル２０によって締結されるように構成されていてもよい。また、複数の磁性体部材３０や複数の磁性体片３５は、例えば、ソレノイドコイル２０との間に配置されるカバー部材などによって締結されてもよい。また、上記の第１実施形態において、複数の磁性体片３５の間には、隣り合う磁性体片３５同士を接合する接着層が設けられてもよい。

【符号の説明】

【0077】

１０，１０A…コア部材
１１，１１A…コア本体部
１２…端部
１５…磁極板
２０…ソレノイドコイル
３０，３０A…磁性体部材
３０ａ…第１磁性体部材
３０ｂ…第２磁性体部材
３１…平坦面
３５…磁性体片
３６…端面
５０，５０ａ…ソレノイドコイルユニット
１００…非接触給電システム
CX…中心軸
MF…磁束

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】