特許 7082785 非接触給電用伝送コイル部品およびその製造方法ならびに非接触給電装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-06-01

(45)【発行日】2022-06-09

(54)【発明の名称】非接触給電用伝送コイル部品およびその製造方法ならびに非接触給電装置

(51)【国際特許分類】

   H01F 38/14 20060101AFI20220602BHJP

   H02J 50/10 20160101ALI20220602BHJP

   H02J 50/70 20160101ALI20220602BHJP

【ＦＩ】

H01F38/14

H02J50/10

H02J50/70

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2017204373

(22)【出願日】2017-10-23

(65)【公開番号】P2019079870

(43)【公開日】2019-05-23

【審査請求日】2020-07-27

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２９年度 国立研究開発法人科学技術振興機構、研究成果展開事業「スーパークラスタープログラム」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】504180239

【氏名又は名称】国立大学法人信州大学

(72)【発明者】

【氏名】卜 穎剛

(72)【発明者】

【氏名】水野 勉

【審査官】井上 健一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－０３３７４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２０１２９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２３５０７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５７－０６３８１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－０４０４３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０１６３３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１７－５３０５５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２０３１５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－０８２７０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－２５６４９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２０６１６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１８８６６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－０９１１３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０３７８９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０２７４１４８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００９／０３２２４５８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０３０１４６２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第０６４０００２７（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２８８４６９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｆ ３８／１４

Ｈ０２Ｊ ５０／１０

Ｈ０２Ｊ ５０／７０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

渦巻状に巻回されたコイルと前記コイルのコイル面に対向するように配置された磁気シールドとを備えた非接触給電用伝送コイル部品であって、
各巻のコイル導体の巻回方向のコイル断面形状が、前記コイルに通電した際に発生する磁束線の流れに沿う形状部分を有し、
前記コイル断面形状がコの字形状であり、
前記コの字形状の凹部が前記磁気シールドの磁気シールド面に対向している
ことを特徴とする非接触給電用伝送コイル部品。

【請求項2】

前記コの字形状の上面幅に対する側面長の比が、前記コイルの内周部と外周部において最大であり、前記内周部と外周部の間の中央部において最小であって、かつ、
前記比が、前記内周部と前記中央部の間および前記中央部と前記外周部の間で、段階的に変化している
ことを特徴とする請求項１に記載の非接触給電用伝送コイル部品。

【請求項3】

前記コイル断面形状の、少なくとも前記磁気シールドの磁気シールド面に対向している面と反対側の表面および側面に磁性層が形成されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の非接触給電用伝送コイル部品。

【請求項4】

金属平板をレーザ加工またはプレス加工によって渦巻状に溝切り加工する工程と、
溝切り加工された前記金属平板をプレス加工によって変形させる工程を含む
ことを特徴とする請求項１または２に記載の非接触給電用伝送コイル部品の製造方法。

【請求項5】

請求項４において、
さらに、溝切り加工された前記金属平板の表面に磁性層を形成する工程を含む
ことを特徴とする非接触給電用伝送コイル部品の製造方法。

【請求項6】

請求項１～３のいずれか１項に記載の非接触給電用伝送コイル部品を、送電コイルとしてまたは送電コイルおよび受電コイルとして用いることを特徴とする非接触給電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、非接触で電力を伝送できる非接触給電用の伝送コイル部品およびその製造方法に関する。さらにはそれを用いた非接触給電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、電気自動車やハイブリッド型自動車などの車両のバッテリーの充電に対して、電磁誘導方式のワイヤレス給電装置の使用が検討されている。ワイヤレス給電装置では、送電コイルに高周波の交流電流（概ね数１０ｋＨｚ～２００ｋＨｚ）を通電し、送電コイルから発生する高周波磁界を受電コイルが受け取ることで、非接触で電力送電する。

【0003】

このような非接触給電装置では、装置の薄型化に対応して渦巻状（スパイラル状）の断面矩形の平面コイルが用いられる。また高周波磁界によって周囲の金属製部品に渦電流が発生し異常発熱が起きることを回避するため、フェライト等からなる磁気シールドをコイル近傍に配置している（例えば、特許文献１）。伝送コイル部品は、平面コイルと磁気シールドの組合せで構成される。

【0004】

伝送コイル部品において、コイルに通電した際、コイル断面を囲むように磁束線が発生する。磁束線は、磁気シールドの透磁率が高いため、磁気シールドの表面から垂直に流れるよう分布する。またコイルは複数の導体（コイル導体）が回巻されており、コイル導体同士が互いに近接している。このため、コイルには、自身を流れる電流による表皮効果と近接するコイル導体に生じる渦電流による近接効果の両方が存在する。したがって、各コイル導体を流れる電流は、導体内部で偏ったものとなっており、特にコイルの内周部でコイル導体内の内周側に、外周部でコイル導体内の外周側に偏ったものとなって、それらの部分で電流が集中し磁束線も集中している。

【0005】

しかながら、従来のコイルは断面矩形の平面コイルであるため高周波表皮厚さが薄く、上記の電流が集中して流れる部分のコイル導体の断面積が小さい。このため交流抵抗が増大して、電力伝送効率の低下が問題となっている。

【0006】

これに対して、コイルの巻線として多数の絶縁素線をより合わせたリッツ線を使用することが知られている（例えば、特許文献２）。リッツ線は、細い素線（例えば線径０．１ｍｍ以下のエナメル線）を数多く（例えば５００本以上）より合わせた線である。表皮効果や近接効果による高周波損失を抑制することができる。しかしながら、素線が細く本数の多いリッツ線は、製造コストが高いという問題があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２０１３－２０１２９６号公報

【文献】特開２０１６－２１９２５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

そこで、本発明は、上記事情に鑑み、コイルの表皮効果や近接効果による高周波損失を低減し、交流抵抗の増大を抑制して、低コストで製造可能な非接触給電用の伝送コイル部品を提供することを目的とする。さらにこの伝送コイル部品を用いた高伝送効率の非接触給電装置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】

【0009】

第１の発明の非接触給電用伝送コイル部品は、渦巻状に巻回されたコイルと前記コイルのコイル面に対向するように配置された磁気シールドとを備えた非接触給電用伝送コイル部品であって、各巻のコイル導体の巻回方向のコイル断面形状が、前記コイルに通電した際に発生する磁束線の流れに沿う形状部分を有し、前記コイル断面形状がコの字形状であり、前記コの字形状の凹部が前記磁気シールドの磁気シールド面に対向していることを特徴とする。

【0012】

第２の発明の非接触給電用伝送コイル部品は、第１の発明に係る非接触給電用伝送コイル部品において、前記コの字形状の上面幅に対する側面長の比が、前記コイルの内周部と外周部において最大であり、前記内周部と外周部の間の中央部において最小であって、かつ、前記比が、前記内周部と前記中央部の間および前記中央部と前記外周部の間で、段階的に変化していることを特徴とする。

【0013】

第３の発明の非接触給電用伝送コイル部品は、第１または第２の発明に係る非接触給電用伝送コイル部品において、前記コイル断面形状の、少なくとも前記磁気シールドの磁気シールド面に対向している面と反対側の表面および側面に磁性層が形成されていることを特徴とする。

【0014】

第４の発明の非接触給電用伝送コイル部品の製造方法は、第１または第２の発明に係る非接触給電用伝送コイル部品の製造方法において、金属平板をレーザ加工またはプレス加工によって渦巻状に溝切り加工する工程と、溝切り加工された前記金属平板をプレス加工によって変形させる工程を含むことを特徴とする。

【0015】

第５の発明の非接触給電用伝送コイル部品の製造方法は、第４の発明に係る非接触給電用伝送コイル部品の製造方法において、さらに、溝切り加工された前記金属平板の表面に磁性層を形成する工程を含むことを特徴とする。

【0016】

第６の発明の非接触給電装置は、第１から第３のいずれか１つの発明に係る非接触給電用伝送コイル部品を、送電コイルとしてまたは送電コイルおよび受電コイルとして用いることを特徴とする。

【発明の効果】

【0017】

各巻のコイル導体の内部において、磁束線が集中する部分に電流が集中する。そして、第１から第４の発明によれば、各巻のコイル導体の巻回方向のコイル断面形状が、コイルに通電した際に発生する磁束線の流れに沿う形状部分を有する。

【0018】

よって、磁束線がそって集中するこの形状部分に電流が集中するが、この形状部分は、磁束線の流れに沿っているのでコイル導体の断面の中で占める面積が大きい。したがって、結果的にコイルの交流抵抗を低減できる。

【0019】

第５の発明によれば、コイル断面形状の、少なくとも磁気シールド面に対向している面と反対側の表面および側面に磁性層が形成されているので、コイル導体の表面および側面に集中していた磁束線を磁性層に誘導してコイル導体を貫通する磁束線の数を減少できる。これにより、コイル導体内の渦電流を抑えコイルの交流抵抗をさらに低減できる。

【0020】

第６の発明によれば、金属平板をレーザ加工またはプレス加工によって渦巻状のコイル形状に加工し製造するので、低コストで伝送コイル部品を製造できる。

【0021】

第７の発明によれば、コイル導体内の渦電流をさらに抑えることができる伝送コイル部品を簡便に低コストで製造できる。

【0022】

第８の発明によれば、表皮効果や近接効果による高周波損失を低減し低コストで製造できる伝送コイル部品を使用するので、伝送効率が高くかつ低コストの非接触給電装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】第１～第５の実施の形態に係る伝送コイル部品の平面概略図である。

【図2】第１の実施の形態に係る伝送コイル部品の断面概略図である。

【図3】第２の実施の形態に係る伝送コイル部品の断面概略図である。

【図4】第３の実施の形態に係る伝送コイル部品の断面概略図である。

【図5】第４の実施の形態に係る伝送コイル部品の断面概略図である。

【図6】第５の実施の形態に係る伝送コイル部品のコイルのコイル導体の断面概略図である。

【図7】一実施の形態に係る伝送コイル部品のコイルの製造工程を説明するブロック図である。

【図8】他の実施の形態に係る伝送コイル部品のコイルの製造工程を説明するブロック図である。

【図9】一実施の形態に係る非接触給電装置を説明する回路ブロック図である。

【図10】コイルの計算モデルを説明する図（平面図）である。

【図11】実施例１の伝送コイル部品のコイルの断面概略図である。

【図12】実施例２の伝送コイル部品のコイルおよび磁気シールドの断面概略図である。

【図13】実施例３の伝送コイル部品のコイルおよび磁気シールドの断面概略図である。

【図14】比較例１の伝送コイル部品のコイルおよび磁気シールドの断面概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

本発明の実施形態に係る伝送コイル部品およびその製造方法ならびに伝送コイル部品を用いた非接触給電装置について、図面に基づいて説明する。

【0025】

＜１．伝送コイル部品＞
（第１の実施の形態）
図１は、第１～第５の実施の形態に係る伝送コイル部品の平面概略図である。伝送コイル部品１は、アルミニウムまたは銅の金属からなるコイル導体２１が渦巻状に巻回された平面のコイル２とこのコイル２のコイル面に対抗するように配置された磁気シールド３とを備えている。この例では、コイル２は、巻数６回巻でアルファ巻の平面コイルである。また磁気シールド３は、Ｎｉ系フェライト焼結体、Ｍｎ系フェライト焼結体等の各種のフェライト材料を用いることができるが、抵抗率の高いＮｉＭｎ系フェライト焼結体がより好ましい。さらに、アルミニウムまたは銅の金属からなる電気シールド４が、コイル２と反対側の磁気シールド３の面に対向して配置されている。

【0026】

図２は、第１の実施の形態に係る伝送コイル部品の断面概略図であり、図１のＡ－Ａ′断面の図である。コイル２に電流を通電して発生する磁束線５を点線で図示している。各巻のコイル導体２１の巻回方向のコイル断面形状が、コイル２に通電した際に発生する磁束線５の流れに沿う形状部分を有している。

【0027】

すなわち、この例では、各巻のコイル導体２１の断面形状は矩形形状であり、矩形形状の長手方向が、コイルの内周部２２と外周部２４において磁気シールド３の磁気シールド面に略垂直であり、内周部２２と外周部２４の間の中央部２３において磁気シールド面に略平行である。さらに、磁気シールド面に対する矩形形状の長手方向の角度が、内周部２２から中央部２３にかけて、中央部２３から外周部２４にかけて、段階的に変化している。

【0028】

コイル２は渦巻状の平面コイルであり、コイル導体２１は内周側から外周側にかけて連続して回巻きされている。よって、コイル導体２１の回巻の方法としては、磁気シールド面に対する矩形形状の長手方向の角度が回巻の一周の間で同じで、一周回る毎に少しずつ段階的に変化しているか、または当該角度がコイルの一周の間で緩やかに連続的に変化し、渦巻状コイル中心を通る断面で見るとコイルの内周部２２から外周部２４にかけて角度が段階的に変化しているようになっているかの、いずれの場合であってもよい。

【0029】

コイル２を囲む磁束線５は、コイルの内周部２２で磁気シールド３の磁気シールド面からほぼ垂直に発生し、中央部２３でコイル導体にほぼ平行に流れ、外周部２４で磁気シールド３にほぼ垂直に流入する。

【0030】

第１の実施の形態においては、コイル導体２１がその矩形断面の長手方向が磁束線５に沿うように配置されており、矩形形状が磁束線５の流れに沿う形状部分に相当する。

【0031】

図２には、各巻のコイル導体２１の内部において磁束線が集中し電流が概ね集中している部分を「斜線」で図示している。コイル導体２１内の磁束線５と電流の集中は、コイルの内周部２２ではコイル導体２１の内周側で、そしてコイルの外周部２４ではコイル導体２１の外周側で、さらに内周部２２と外周部２４の間の中央部２３ではコイル導体２１の磁気シールド３と対向する面と反対側の面で、起きている。

【0032】

このように第１の実施の形態においては、コイル導体２１の巻回方向のコイル断面形状が、磁束線５の流れに沿う形状部分の矩形形状を有している。これにより、電流集中部分の断面積を大きくでき、交流抵抗の増加を抑制することができる。

【0033】

なおこの実施の形態では、コイル断面形状が矩形形状であり矩形形状の長手方向が磁束線５の方向と一致しているが、コイル断面形状は矩形形状に限られない。コイル断面形状の長手方向が磁束線５の流れと概ね方向が揃っているか、または揃っている成分を有していれば、コイル断面形状は他の形状であってもよい。

【0034】

（第２の実施の形態）
図３は、第２の実施の形態に係る伝送コイル部品の断面概略図である。第２の実施の形態に係る伝送コイル部品の平面概略図は、図１と同じであり、図３は、平面概略図の図１のＡ－Ａ′断面の図である。

【0035】

伝送コイル部品１は、アルミニウムまたは銅の金属からなるコイル導体２１が渦巻状に巻回された平面のコイル２とこのコイル２のコイル面に対向するように配置された磁気シールド３とを備えている。磁気シールド３は、Ｎｉ系フェライト焼結体、Ｍｎ系フェライト焼結体等の各種のフェライト材料を用いることができるが、抵抗率の高いＮｉＭｎ系フェライト焼結体がより好ましい。なお電気シールドは省略し図示していない。

【0036】

コイル導体２１の巻回方向のコイル断面形状は、コの字形状であり、コの字形状の凹部が磁気シールド面に対向している。コイル２に通電して発生する磁束線は、各巻のコイル導体２１の内部において、斜線で示した部分に集中し、電流もこの部分に集中する。この部分が磁束線５の流れに沿う形状部分に相当する。

【0037】

すなわち、コイル２の内周部２２ではコの字形状の内周側のＬの字部分が概ね磁束線５の流れに沿う形状部分に相当し、外周部２４ではコの字形状の外周側のＬの字部分が概ね磁束線５の流れに沿う形状部分に相当し、そして中央部２３ではコの字形状の磁気シールド面に対向する側と反対側の平な部分が概ね磁束線５の流れに沿う形状部分に相当する。よって、第２の実施の形態に係る伝送コイル部品１のコイル２は、磁束線５の流れに沿う形状部分を有している。これにより、交流抵抗の増加を抑制している。

【0038】

この例では、同一のコの字形状のコイル導体２１が繰り返して配置されているが、各巻のコイル導体２１のコイル断面形状は、必ずしも同一である必要はない。

【0039】

第２の実施の形態に係る伝送コイル部品のコイル２は、後述するレーザ加工またはプレス加工によって、簡便にかつ低コストで製造することができる。

【0040】

（第３の実施の形態）
図４は、第３の実施の形態に係る伝送コイル部品の断面概略図である。第３の実施の形態に係る伝送コイル部品の平面概略図は、図１と同じであり、図４は、平面概略図の図１のＡ－Ａ′断面の図である。

【0041】

伝送コイル部品１は、アルミニウムまたは銅の金属からなるコイル導体２１が渦巻状に巻回された平面のコイル２とこのコイル２のコイル面に対向するように配置された磁気シールド３とを備えている。磁気シールド３は、Ｎｉ系フェライト焼結体、Ｍｎ系フェライト焼結体等の各種のフェライト材料を用いることができるが、抵抗率の高いＮｉＭｎ系フェライト焼結体がより好ましい。なお電気シールドは省略し図示していない。

【0042】

第３の実施の形態に係る伝送コイル部品１のコイル２は、第２の実施の形態に係る伝送コイル部品１のコイル２と同様に、コイル断面形状がコの字形状であって、コの字形状の凹部が磁気シールド面に対向している。そして、コの字形状の上面幅２５に対する側面長２６の比が、コイルの内周部２２と外周部２４において最大であり、内周部２２と外周部２４の間の中央部２３において最小である。さらに上面幅２５に対する側面長２６の比が、内周部２２と中央部２３の間および中央部２３と外周部２４の間で段階的に変化している。

【0043】

コイル２は渦巻状の平面コイルであり、コイル導体２１は内周側から外周側にかけて連続して回巻きされている。よって、コイル導体２１の回巻の方法としては、磁気シールド面に対する矩形形状の長手方向の角度が回巻の一周の間で同じで、一周回る毎に少しずつ段階的に変化しているか、または当該角度がコイルの一周の間で緩やかに連続的に変化し、渦巻状コイル中心を通る断面で見るとコイルの内周部２２から外周部２４にかけて角度が段階的に変化しているようになっているかの、いずれの場合であってもよい。

【0044】

第３の実施の形態のコイル２は、第１の実施の形態および第２の実施の形態の２つの特長を兼ね備えた構造となっている。すなわち、第３の実施の形態のコイル２の各巻のコイル導体２１のコイル断面形状は、第２の実施の形態のコイル２と同様にコの字形状であり、コイル２の内周部２２と外周部２４で、第１の実施の形態のコイル２のコイル導体２１の断面に近い略矩形形状をなし、その長手方向が磁気シールド３の磁気シールド面に略垂直となって、磁束線５の流れに沿う形状部分を有している。また、コイル２の中央部２３においても、第１の実施の形態のコイル２のコイル導体２１の断面に近い略矩形形状をなし、その長手方向が磁気シールド面に略平行となって、磁束線５の流れに沿う形状部分を有している。そして、内周部２２と中央部２３の間および中央部２３と外周部２４の間で、第１の実施の形態と同様にコの字形状のＬの字部分が磁束線５の流れに沿う形状部分に相当するよう、コイル断面形状が段階的に変化している。これにより、コイル２の交流抵抗の増加を抑制している。

【0045】

第３の実施の形態に係る伝送コイル部品のコイル２は、後述するレーザ加工またはプレス加工によって、簡便にかつ低コストで製造することができる。

【0046】

（第４の実施の形態）
図５は、第４の実施の形態に係る伝送コイル部品の断面概略図である。第４の実施の形態に係る伝送コイル部品は、第１の実施の形態に係る伝送コイル部品と基本的に構造が同じであり、コイル導体２１のコイル断面形状の少なくとも磁気シールド面に対向している面と反対側の表面および側面に磁性層６が形成されている点が異なる。図５では、コイル断面形状の全面に磁性層６が形成されている。

【0047】

ここで、コイル導体２１の内周側や外周側に集中する磁束線は、透磁率が高い磁性層６に吸い寄せられるように誘導され、コイル導体２１の内部において磁束線の集中が解消される。これによりコイル導体２１の内部の電流集中も解消され、結果としてコイル２の交流抵抗の増大がさらに抑制できる。

【0048】

（第５の実施の形態）
図６は、第５の実施の形態に係る伝送コイル部品のコイルのコイル導体の断面概略図である。第５の実施の形態に係る伝送コイル部品は、第２の実施の形態に係る伝送コイル部品と基本的に構造が同じであり、コイル導体２１のコイル断面形状の少なくとも磁気シールド面に対向している面と反対側の表面および側面に磁性層６が形成されている点が異なる。図６では、（Ａ）がコの字の上面および左右の両側面の表面に、（Ｂ）がさらに磁気シールド面に対向する面の表面にも、（Ｃ）がそしてさらに凹部の内部の表面にも（すなわちコの字のコイル断面形状の全面に）、磁性層６が形成されている場合である。

【0049】

第５の実施の形態においても、第４の実施の形態と同様に、コイル導体２１の内周側や外周側に集中する磁束線は、磁性層６に吸い寄せられるように誘導され、コイル導体２１の内部において磁束線の集中が解消される。これによりコイル導体２１の内部の電流集中も解消され、結果としてコイル２の交流抵抗の増大がさらに抑制できる。

【0050】

＜２．伝送コイル部品の製造方法＞
図７は、一実施の形態に係る伝送コイル部品のコイルの製造工程を説明するブロック図である。伝送コイル部品のコイルの製造方法は、薄肉の金属平板をレーザ加工またはプレス加工によって渦巻状に溝切り加工し渦巻状の平面コイルを作製する溝切り加工工程Ｓ１とこの溝切り加工された金属平板からなる平面コイル板をプレス加工によって変形させる変形工程Ｓ２を含み、これらの工程を経て前述した第１から第３の実施の形態に係る伝送コイル部品のコイルを製造する。

【0051】

例えば、第１の実施の形態の伝送コイル部品については、溝切り加工工程Ｓ１の後、変形工程Ｓ２において、渦巻状の金属平板を上下挟んでプレス加工により変形し、断面の角度が段階的に変化している矩形断面のコイルを形成する。このとき、断面の角度が回巻の一周の間で同じで、一周回る毎に少しずつ段階的に変化するようにしてもよいし、または当該角度がコイルの一周の間で緩やかに連続的に変化し、一周毎にコイルの内周から外周にかけて角度が段階的に変化するように変形してもよい。

【0052】

また、例えば、第２および第３の実施の形態の伝送コイル部品については、渦巻状の溝切り加工工程Ｓ１の後変形工程Ｓ２において、雄型と雌型とによるプレス加工により、断面形状がコの字形状のコイルを形成する。このとき、第３の実施の形態の伝送コイル部品については、雄型と雌型の溝の深さを回巻の一周の間で同じで、一周回る毎に少しずつ段階的に変化するようにしてプレス加工してもよいし、また当該溝の深さをコイルの一周の間で緩やかに連続的に変化し、渦巻状コイル中心を通る断面で見るとコイルの内周から外周にかけて当該溝の深さ角度が段階的に変化しているようにしてプレス加工してもよい。

【0053】

図８は、他の実施の形態に係る伝送コイル部品のコイルの製造工程を説明するブロック図である。この実施の形態に係る伝送コイル部品のコイルの製造方法は、図７に示す実施の形態に係る伝送コイル部品のコイルの製造工程に、さらに磁性層をコイル導体表面に形成する磁性層形成工程Ｓ３加えたものである。これにより、前述べたコイル第４および第５の実施の形態に係る伝送コイル部品のコイルを製造する。

【0054】

磁性層をコイル導体表面に形成する方法としては、磁性層を湿式や乾式のめっきにより成膜する方法の他、粉末状にした磁性体をエポキシ樹脂などの溶剤に混ぜて、スプレーまたはハケにより塗布する方法がある。磁性体には、鉄やニッケルなど強磁性体材料やＳｉなど添加した珪素鋼の他に、アモルファス、センダストや金属の酸化物（フェライト）などを使用できる。材料の形態は薄膜やナノ粉末などいずれも使用可能である。

【0055】

＜３．非接触給電装置＞
図９は、一実施の形態に係る非接触給電装置を説明する回路ブロック図である。この例では、電気自動車に適用したものである。この非接触給電装置は、充電器として機能する送電装置７と自動車本体９の電源となるバッテリー８４を含む受電装置８とを備えている。送電装置７と受電装置８は、電磁的に結合することにより、非接触で電力送電を行う非接触給電装置を形成するようになっている。

【0056】

送電装置７は、図９に示すように、電源７１と整流回路７２と送電回路７３と送電コイル７４とを備えている。電源７１は、例えば２００Ｖまたは４００Ｖ等の三相交流電圧あるいは１００Ｖの単相交流電圧を供給する系統電源である。整流回路７２は、入力端が電源７１に接続されるとともに出力端が送電回路７３に接続されており、電源７１から供給される交流電圧を整流して直流電圧に変換し、変換した直流電圧を送電回路７３に出力する。送電回路７３は、入力端が整流回路７２に接続されるとともに出力端が送電コイル７４の両端に接続されており、整流回路７２からの直流電圧を使用して所定の周波数の交流を生成する回路であり、その生成した交流電圧を送電コイル７４に供給するようになっている。

【0057】

受電装置８は、図９に示すように、受電コイル８１と受電回路８２と充放電制御回路８３とバッテリー８４とを備えている。

【0058】

受電コイル８１は、送電装置７の送電コイル７４と接近させて対向させ使用する場合に、両コイル８１、７４が電磁結合して両者の間で変圧器を形成するようになっている。この電磁誘導により受電コイル８１に誘起される交流電圧は、受電回路８２に供給され、受電回路８２において整流されて直流電圧に変換される。そして、受電回路８２から出力される直流電圧は、充放電制御回路８３を介してバッテリー８４に供給され、バッテリー８４を充電するようになっている。充放電制御回路８３は、受電回路８２からの出力によりバッテリー８４を充電する場合にはその充電の制御を行い、バッテリー８４で負荷である自動車本体９を動作させる場合には放電の制御を行う回路である。バッテリー８４は、放電後に充電により繰り返して使用できる再充電が可能な二次電池（例えば、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等）である。

【0059】

本実施の形態に係る非接触給電装置においては、送電コイル７４に、前述した本発明に係る伝送コイル部品が用いることができる。これにより、表皮効果や近接効果による高周波損失を低減し低コストで製造できる伝送コイル部品を使用しているので、伝送効率が高くかつ低コストの非接触給電装置を提供できる。

【0060】

また、受電コイル８１にも、前述した本発明に係る伝送コイル部品も用いてもよい。さらに伝送効率が高い低コストの非接触給電装置を提供できる。

【0061】

本発明に係る非接触給電装置は、自動車用に限定されるものではない。携帯電話やスマートフォン、タブレットなどの電子機器の電力給電に用いられてもよい。また、本発明に係る伝送コイル部品は、誘導式加熱装置などにも適用されてもよい。さらに、本発明に係る伝送コイル部品は、電磁誘導方式の非接触給電装置における使用に限定されない。磁界共鳴方式の非接触給電装置にも適用されてもよい。

【実施例】

【0062】

以下、本発明に係る伝送コイル部品を実施・適用した場合のシミュレーション結果について述べるが、本発明はここで述べられる適用例に限定されるものではない。

【0063】

＜１．シミュレーション解析モデル＞
本発明に係る伝送コイル部品のシミュレーションによる適用例を説明する前に、まず、コイル部品の特性（交流抵抗、インダクタンス、Ｑ値、結合係数ｋ、伝送効率η）について解析するためのシミュレーションモデルについて説明する。

【0064】

シミュレーション用の解析ソフトには、電磁場解析ソフトウェアのANSYS Maxwell（ANSYS社製）を用いた。表１に、解析の諸条件をまとめる。

【0065】

【表1】

【0066】

図１０は、コイルの計算モデルを説明する図（平面図）である。コイルは、抵抗率 ２．７８×１０^－８ Ωｍのアルミニウム材を想定している。巻数が６回巻の平面コイルである。コイルの内径および外径はそれぞれφ２０５ｍｍ、φ３５０ｍｍである。コイルに通電する交流電流の周波数は８５ｋＨｚである。

【0067】

＜２．送電コイルの計算による実施例＞
本発明の伝送コイル部品を送電コイルに使用した場合のコイル特性（交流抵抗、インダクタンス、Ｑ値）を計算する。

【0068】

（実施例１）
図１１は、実施例１の伝送コイル部品のコイル２および磁気シールド３の断面概略図である。図１０のＡ－Ａ′断面図に相当する。

【0069】

各巻のコイル導体２１の断面形状は、図１１に示すように、９．２×２ｍｍの矩形形状で、コイル導体２１は６巻である。コイル導体２１の隣同士の間隔ピッチ（隣同士のコイル導体の中心の間隔）は１２．５ｍｍ、コイル導体２１と磁気シールドの最近接距離は５ｍｍ、最内周のコイル導体２１の中心と渦巻状コイルの中心との距離が１０７．５ｍｍ、最外周のコイル導体２１の中心と渦巻状コイルの中心との距離が１７０ｍｍである。矩形形状の長手方向の磁気シールド３に対する角度が、発生する磁束線の流れに沿って、コイル２の内周から外周にかけて、９０°、４５°、０°、０°、－４５°、－９０°と段階的に変化している。すなわち、コイル導体２１のコイル断面形状が磁束線の流れに沿う形状部分を有している。

【0070】

計算して求めたコイル特性（交流抵抗Ｒ、インダクタンスＬ、Ｑ値）を表２にまとめる。

【0071】

（実施例２）
図１２は、実施例２の伝送コイル部品のコイル２および磁気シールド３の断面概略図である。図１０のＡ－Ａ′断面図に相当する。

【0072】

各巻のコイル導体２１の断面形状は、図１２に示すように、コイルの内周部２２か外周部２４にかけて同一のコの字形状である。コの字形状の各寸法は図１２に示すとおりである。コの字形状は左右対称で、コイル導体２１は６巻である。コイル導体２１の隣同士の間隔ピッチ（隣同士のコイル導体の中心の間隔）およびコイル導体２１と磁気シールドの最近接距離、最内周のコイル導体２１の中心と渦巻状コイルの中心との距離、最外周のコイル導体２１の中心と渦巻状コイルの中心との距離は、図１１と同様に、それぞれ１２．５ｍｍ、５ｍｍ、１０７．５ｍｍ、１７０ｍｍである。

【0073】

コイル２の内周部２２ではコの字形状の内周側のＬの字部分が、外周部２４ではコの字形状の外周側のＬの字部分が、そして中央部２３ではコの字形状の平な部分が、磁束線の流れに沿う形状部分に相当する。

【0074】

計算して求めたコイル特性（交流抵抗Ｒ、インダクタンスＬ、Ｑ値）を表２にまとめる。

【0075】

（実施例３）
図１３は、実施例３の伝送コイル部品のコイル２および磁気シールド３の断面概略図である。図１０のＡ－Ａ′断面図に相当する。

【0076】

各巻のコイル導体２１の断面形状は、コの字形状であるが、図１１に示すように、内周部２２から外周部２４にかけてその形状の縦横比（コの字形状の上面幅２５に対する側面長２６の比）が段階的に変化している。コの字形状の各寸法は図１３に示すとおりである。コの字形状は左右対称であって、かつ６巻のコイル導体２１は、中央部２３を中心に左右対称に並んでいる。コイル導体２１の隣同士の間隔ピッチ（隣同士のコイル導体の中心の間隔）およびコイル導体２１と磁気シールドの最近接距離、最内周のコイル導体２１の中心と渦巻状コイルの中心との距離、最外周のコイル導体２１の中心と渦巻状コイルの中心との距離は、図１１と同様に、それぞれ１２．５ｍｍ、５ｍｍ、１０７．５ｍｍ、１７０ｍｍである。

【0077】

実施例３において、コイル２の内周部２２と外周部２４で、略矩形形状をなし、その長手方向が磁気シールド面に垂直となって磁束線の流れに沿う形状部分を有している。また、コイル２の中央部２３においても、その長手方向が磁気シールド面に略平行となって、磁束線５の流れに沿う形状部分を有している。そして、内周部２２と中央部２３の間および中央部２３と外周部２４の間で、コの字形状の左右のＬの字部分が磁束線の流れに沿う形状部分に相当するよう、コイル断面形状が段階的に変化している。

【0078】

計算して求めたコイル特性（交流抵抗Ｒ、インダクタンスＬ、Ｑ値）を表２にまとめる。

【0079】

（比較例１）
図１４は、比較例１の伝送コイル部品のコイル２および磁気シールド３の断面概略図である。図１０のＡ－Ａ′断面図に相当する。

【0080】

各巻のコイル導体２１の断面形状は、図１４に示すように、９．２×２ｍｍの矩形形状で、何れも磁気シールド３の磁気シールド面に平行に配置されている。コイル導体２１は６巻である。コイル導体２１の隣同士の間隔ピッチ（隣同士のコイル導体の中心の間隔）およびコイル導体２１と磁気シールドの最近接距離、最内周のコイル導体２１の中心と渦巻状コイルの中心との距離、最外周のコイル導体２１の中心と渦巻状コイルの中心との距離は、図１１と同様に、それぞれ１２．５ｍｍ、５ｍｍ、１０７．５ｍｍ、１７０ｍｍである。

【0081】

計算して求めたコイル特性（交流抵抗Ｒ、インダクタンスＬ、Ｑ値）を表２にまとめる。

【0082】

（実施例４）
実施例４の伝送コイル部品のコイルは、図１１に示す実施例１のコイルについて、図５に示すように各巻のコイル導体の表面の全面に磁性層を形成したものである。磁性層の膜厚は０．２ｍｍである。

【0083】

計算して求めたコイル特性（交流抵抗Ｒ、インダクタンスＬ、Ｑ値）を表２にまとめる。

【0084】

（実施例５～７）
実施例５の伝送コイル部品は、図１２に示す実施例２のコイルについて、図６（Ａ）に示すように、コの字形状のコイル導体の上面および左右の両側面の表面に磁性層を形成したものである。磁性層の膜厚は０．２ｍｍである。

【0085】

実施例６の伝送コイル部品は、図１２に示す実施例２のコイルについて、図６（Ｂ）に示すように、コイル導体のコの字形状の上面および左右の両側面、そして磁気シールド面に対向する面の表面に磁性層を形成したものである。磁性層の膜厚は０．２ｍｍである。

【0086】

実施例７の伝送コイル部品は、図１２に示す実施例２のコイルについて、図６（Ｃ）に示すように、コイル導体のコの字形状の上面および左右の両側面、磁気シールド面に対向する面の表面に磁性層に加え、さらに凹部の内部の表面にも磁性層を形成したものである。磁性層の膜厚は０．２ｍｍである。

【0087】

実施例５～７について、計算して求めたコイル特性（交流抵抗Ｒ、インダクタンスＬ、Ｑ値）を表２にまとめる。

【0088】

＜３．送電コイルと受電コイルの計算による実施例＞
本発明に係る伝送コイル部品を送電コイルと受電コイルとして使用し、両コイルを１５０ｍｍの距離（伝送距離）を離して互いに向い合せ対向させた場合のコイル特性（結合係数ｋと伝送効率η）を計算する。結合係数ｋは、トランスを構成する送電コイルと受電コイルとの結合の度合いを表す数である。また伝送効率ηは、結合係数ｋとＱ値の積により求めることができる。

【0089】

（実施例８、９）
実施例８は、図１１に示す実施例１の伝送コイル部品を送電コイルと受電コイルとして使用する場合である。

【0090】

実施例９は、図１２に示す実施例２の伝送コイル部品を送電コイルと受電コイルとして使用する場合である。

【0091】

実施例８および９について、計算して求めたコイル特性（結合係数ｋと伝送効率η）を表２にまとめる。

【0092】

（比較例２）
比較例２は、図１４に示す比較例１の伝送コイル部品を送電コイルと受電コイルとして使用する場合である。

【0093】

計算して求めたコイル特性（結合係数ｋと伝送効率η）を表２にまとめる。

【0094】

【表2】

【0095】

表２から、実施例１～３について、比較例１に比べ交流抵抗が減少し、Ｑ値が高なって高周波損失が少なくなっている。さらにコイル導体の表面に磁性層を形成した実施例４～５については、交流抵抗がより減少し、Ｑ値が高なって高周波損失が非常に少なくなっている。

【0096】

また表２から、実施例８、９および実施例１０、１１について、比較例２に比べ高い伝送効率ηが得られることが分かる。

【0097】

したがって、本発明に係る伝送コイル部品を送電コイルとして、また送電コイルおよび受電コイルとして使用することにより、交流抵抗の増大を抑制し、高い伝送効率の非接触給電を実現することができる。

【産業上の利用可能性】

【0098】

本発明に係る伝送コイル部品および非接触給電装置は、自動車や携帯電話等の電子機器、誘導式加熱装置の分野で利用が可能である。

【符号の説明】

【0099】

１ 伝送コイル部品
２ コイル
２１ コイル導体
２２ 内周部
２３ 中央部
２４ 外周部
２５ 上面幅
２６ 側面長
３ 磁気シールド
４ 電気シールド
５ 磁束線
６ 磁性層
７ 送電装置
７１ 電源
７２ 整流回路
７３ 送電回路
７４ 送電コイル
８ 受電装置
８１ 受電コイル
８２ 受電回路
８３ 充放電制御回路
８４ バッテリー
９ 自動車本体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】