送電線圈單元以及無線電力傳輸裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種通過無線方式傳輸電力的送電線圈單元以及無線電力傳輸裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年，為了在沒有電纜等的機(jī)械接觸的情況下傳輸電力，利用相互對(duì)置的I次(送電)線圈和2次(受電)線圈之間的電磁感應(yīng)作用的無線電力傳輸技術(shù)引起了人們的關(guān)注，并且對(duì)能夠以高效率、低損失進(jìn)行電力傳輸?shù)募夹g(shù)開發(fā)要求越來越高。
[0003]通過無線方式傳輸電力時(shí)，由于送電線圈的漏磁通而形成在送電線圈周邊的不必要的漏磁場(chǎng)成了被關(guān)注的問題。例如，當(dāng)無線電力傳輸技術(shù)適用于電動(dòng)汽車等的電力電子設(shè)備中的充電裝置時(shí)，由于要求傳輸大功率電力，需要在送電線圈流過大的電流，然而在這種情況下，因漏磁通而引起的不必要的漏磁場(chǎng)的強(qiáng)度也會(huì)變大，因此擔(dān)心引起電磁波干擾而對(duì)周圍的電子儀器等帶來不良影響。
[0004]為了解決上述問題，例如專利文獻(xiàn)I (日本專利文獻(xiàn)特開平09-74034號(hào)公報(bào))公開了一種技術(shù)，該技術(shù)通過與由電力傳輸用線圈產(chǎn)生的磁通相交鏈的噪聲抵消用線圈來消除因電力傳輸用線圈的漏磁通引起的噪聲。
[0005]然而，專利文獻(xiàn)I所公開的技術(shù)存在如下問題:由電力傳輸用線圈產(chǎn)生的磁通與噪聲抵消用線圈相交鏈，因此有可能將甚至本來有助于電力傳輸?shù)拇磐ㄒ步o抵消掉，其結(jié)果，降低電力傳輸?shù)男省?br>[0006]因此，本發(fā)明是根據(jù)上述技術(shù)問題而提出的，其目的在于提供一種送電線圈單元以及無線電力傳輸裝置，其可減少在遠(yuǎn)離送電線圈的地方形成的不必要的漏磁場(chǎng)的同時(shí)，抑制電力傳輸效率的下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的一實(shí)施方式所涉及的送電線圈單元為一種通過無線方式傳輸電力的送電線圈單元，該送電線圈單元具備:送電線圈，其繞組卷繞成平面狀；以及至少一對(duì)第I以及第2輔助線圈，其配置于送電線圈的背面?zhèn)?，并且從送電線圈的軸向觀察時(shí)，配置于由送電線圈的繞組劃分的區(qū)域的外側(cè)，第I以及第2輔助線圈的軸與送電線圈的軸不平行，送電線圈和第I以及第2輔助線圈的每一個(gè)同時(shí)產(chǎn)生在從送電線圈單元的中心朝向外側(cè)的方向上與上述各線圈交鏈的磁通。
[0008]根據(jù)本發(fā)明，第I以及第2輔助線圈配置于送電線圈的背面?zhèn)龋⑶覐乃碗娋€圈的軸向觀察時(shí)，配置于由送電線圈的繞組劃分的區(qū)域的外側(cè)，第I以及第2輔助線圈的軸與送電線圈的軸不平行，送電線圈和第I以及第2輔助線圈的每一個(gè)同時(shí)產(chǎn)生在從送電線圈單元的中心朝向外側(cè)的方向上與上述各線圈交鏈的磁通。因此在遠(yuǎn)離送電線圈的地方，由送電線圈產(chǎn)生的磁通的方向和由第I以及第2輔助線圈產(chǎn)生的磁通的方向彼此相反，而在送電線圈的附近由送電線圈產(chǎn)生的磁通的方向和由第I以及第2輔助線圈產(chǎn)生的磁通的方向彼此相同。因而，在遠(yuǎn)離送電線圈的地方的磁場(chǎng)強(qiáng)度下降，而在送電線圈附近的磁場(chǎng)強(qiáng)度升高。其結(jié)果，可減少在遠(yuǎn)離送電線圈的地方形成的不必要的漏磁場(chǎng)的同時(shí)，抑制電力傳輸效率的下降。
[0009]優(yōu)選為，第I以及第2輔助線圈的軸與送電線圈的軸大致正交。在這種情況下，由第I以及第2輔助線圈更容易產(chǎn)生環(huán)繞至遠(yuǎn)離第I以及第2輔助線圈的地方的磁通。因而，可進(jìn)一步提高減少在遠(yuǎn)離送電線圈的地方形成的不必要的漏磁場(chǎng)的效果。
[0010]優(yōu)選為，送電線圈和第I以及第2輔助線圈還分別具備磁芯，第I輔助線圈的磁芯與送電線圈的磁芯相連接，第2輔助線圈的磁芯與送電線圈的磁芯相連接。在這種情況下，由第I以及第2輔助線圈更容易產(chǎn)生增強(qiáng)在送電線圈和受電線圈之間形成的一部分磁場(chǎng)的磁通。也就是說，在送電線圈和受電線圈之間由送電線圈產(chǎn)生的磁通的方向和由輔助線圈產(chǎn)生的磁通的方向變得大致相同。其結(jié)果，可進(jìn)一步抑制電力傳輸效率的下降。
[0011]更優(yōu)選為，從送電線圈的軸向觀察時(shí)，第I以及第2輔助線圈配置成使送電線圈介于其間。在這種情況下，第I以及第2輔助線圈配置在送電線圈的兩外側(cè)，因此可進(jìn)一步減少在遠(yuǎn)離送電線圈的地方形成的不必要的漏磁場(chǎng)。
[0012]優(yōu)選為，具備多對(duì)第I以及第2輔助線圈，將各個(gè)成對(duì)的第I輔助線圈和第2輔助線圈的中心彼此相連的假想線相互不平行。在這種情況下，因?yàn)槟軌驕p少遠(yuǎn)離送電線圈的地方的磁場(chǎng)的區(qū)域擴(kuò)大，所以可進(jìn)一步提高減少在遠(yuǎn)離送電線圈的地方形成的不必要的漏磁場(chǎng)的效果。
[0013]本發(fā)明所涉及的無線電力傳輸裝置具備上述的送電線圈單元和受電線圈。根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種無線電力傳輸裝置，其可減少在遠(yuǎn)離送電線圈的地方形成的不必要的漏磁場(chǎng)的同時(shí)，抑制電力傳輸效率的下降。
[0014]綜上所述，根據(jù)本發(fā)明，能夠提供可減少在遠(yuǎn)離送電線圈的地方形成的不必要的漏磁場(chǎng)的同時(shí)，抑制電力傳輸效率的下降的送電線圈單元以及無線電力傳輸裝置。
【附圖說明】
[0015]圖1為將本發(fā)明的第I實(shí)施方式所涉及的無線電力傳輸裝置與負(fù)荷一同顯示的系統(tǒng)配置圖。
[0016]圖2為本發(fā)明的第I實(shí)施方式所涉及的送電線圈單元的分解立體圖。
[0017]圖3為將沿圖2中的1-1線的送電線圈單元與受電線圈一同顯示的模式截面圖。
[0018]圖4a為在圖3中由送電線圈產(chǎn)生的磁通的模式圖。
[0019]圖4b為在圖3中由送電線圈和第I以及第2輔助線圈產(chǎn)生的磁通的模式圖。
[0020]圖5為將本發(fā)明的第2實(shí)施方式所涉及的無線電力傳輸裝置與負(fù)荷一同顯示的系統(tǒng)配置圖。
[0021]圖6為將本發(fā)明的第2實(shí)施方式所涉及的送電線圈單元與第I及第2受電線圈一同顯示的模式截面圖，該圖相當(dāng)于圖3所示的第I實(shí)施方式所涉及的送電線圈單元沿圖2中的1-1線的模式截面圖。
[0022]圖7a為在圖6中由送電線圈產(chǎn)生的磁通的模式圖。
[0023]圖7b為在圖6中由送電線圈和第I以及第2輔助線圈產(chǎn)生的磁通的模式圖。
[0024]圖8為將本發(fā)明的第3實(shí)施方式所涉及的無線電力傳輸裝置與負(fù)荷一同顯示的系統(tǒng)配置圖。
[0025]圖9為本發(fā)明的第3實(shí)施方式所涉及的送電線圈單元的分解立體圖。
[0026]圖1Oa為將沿圖9中的I1-1I線的送電線圈與受電線圈一同顯示的模式截面圖。
[0027]圖1Ob為將沿圖9中的II1-1II線的送電線圈與受電線圈一同顯示的模式截面圖。
[0028]圖1la為在圖1Oa中由送電線圈和第I以及第2輔助線圈產(chǎn)生的磁通的模式圖。
[0029]圖1lb為在圖1Ob中由送電線圈和第I以及第2輔助線圈產(chǎn)生的磁通的模式圖。
[0030]圖12為將比較例I的送電線圈單元與受電線圈一同顯示的截面圖。
[0031]圖13為將比較例2的送電線圈單元與受電線圈一同顯示的截面圖。
[0032]圖14為本發(fā)明所涉及的實(shí)施例1和比較例1、2的電力傳輸效率以及漏磁場(chǎng)強(qiáng)度的測(cè)定結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面參照附圖對(duì)實(shí)施本發(fā)明的方式(實(shí)施方式)進(jìn)行詳細(xì)說明。另外，在說明中基本上相同的構(gòu)件或具有相同功能的構(gòu)件使用相同的符號(hào)并不再重復(fù)說明。
[0034](第I實(shí)施方式)
[0035]首先，參照?qǐng)D1至圖3對(duì)本發(fā)明所涉及的第I實(shí)施方式的無線電力傳輸裝置SI的配置進(jìn)行說明。圖1為將本發(fā)明所涉及的第I實(shí)施方式的無線電力傳輸裝置與負(fù)荷一同顯示的系統(tǒng)配置圖。圖2為本發(fā)明的第I實(shí)施方式所涉及的送電線圈單元的分解立體圖。圖3為將沿圖2中的1-1線的送電線圈單元與受電線圈一同顯示的模式截面圖。
[0036]如圖1所示，無線電力傳輸裝置SI具備無線送電裝置Utl和無線受電裝置Ur。無線送電裝置Utl具備電源PW、變頻器INV以及送電線圈單元Ltul。還有，無線受電裝置Ur具備受電線圈Lr和整流電路DB。
[0037]電源PW將直流電力供給至后述的變頻器INV。作為電源PW沒有特別的限制只要輸出直流電力即可?？梢粤信e，對(duì)商業(yè)用交流電源進(jìn)行整流和平滑的直流電源、二次電池、太陽能光伏發(fā)電的直流電源、或者開關(guān)轉(zhuǎn)換器等的開關(guān)電源裝置等。
[0038]變頻器INV具有將由電源PW供給的輸入直流電力轉(zhuǎn)換為交流電力的功能。在本實(shí)施方式中，變頻器INV將由電源PW供給的輸入直流電力轉(zhuǎn)換為交流電力并供給至后述的送電線圈單元Ltul。作為變頻器INV由橋接多個(gè)開關(guān)元件的開關(guān)電路構(gòu)成。作為構(gòu)成該開關(guān)電路的開關(guān)元件，可以列舉 MOS-FET (Metal Oxide Semiconductor-Field EffectTransistor，金氧半場(chǎng)效晶體管)和 IBGT (Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管)等兀件。
[0039]送電線圈單元Ltul具備送電線圈Lt、第I輔助線圈Lca、第2輔助線圈Lcb以及磁性體Fl。在本實(shí)施方式中，如圖1所示，送電線圈Lt和第I以及第2輔助線圈Lca、Lcb這三個(gè)線圈被串聯(lián)電連接。另外，當(dāng)本實(shí)施方式所涉及的無線電力傳輸裝置SI適用于對(duì)電動(dòng)車等的車輛供電的設(shè)備時(shí)，送電線圈單元Ltul配設(shè)在地中或地面附近。
[0040]接著，對(duì)送電線圈單元Ltul所具備的每個(gè)線圈進(jìn)行說明。送電線圈Lt具備磁芯Ct和繞組Wt。送電線圈Lt是大致呈方形的平面狀的螺旋結(jié)構(gòu)的線圈并將由銅或鋁等的絞合線構(gòu)成的繞組Wta卷繞在磁芯Cta上而形成。送電線圈Lt的軸向與送電線圈Lt和后述的受電線圈Lr的對(duì)置方向平行。根據(jù)與后述的受電線圈Lr之間的間距和所希望的電力傳輸效率等而適當(dāng)?shù)卦O(shè)定送電線圈Lt的匝數(shù)。
[0041]第I輔助線圈Lca具備磁芯Cca和繞組Wca。第I輔助線圈Lca是卷繞為螺旋狀的螺線管線圈并將由銅或鋁等的絞合線構(gòu)成的繞組Wca卷繞在板狀或棒狀的磁芯Cca上而形成。該第I輔助線圈Lca的軸向與送電線圈Lt的軸向不平行。通過這種配置，由第I輔助線圈Lca產(chǎn)生的磁通不與后述的受電線圈Lr交鏈而容易環(huán)繞至遠(yuǎn)離第I輔助線圈Lca的地方。在本實(shí)施方式中，第I輔助線圈Lca的軸向與送電線圈Lt的軸向正交。在這種情況下，由第I輔助線圈Lca更容易產(chǎn)生環(huán)繞至遠(yuǎn)離第I輔助線圈Lca的地方的磁通。
[0042]還有，第I輔助線圈Lca配置于送電線圈Lt的背面?zhèn)取Ｒ簿褪钦f，第I輔助線圈Lca配置于送電線圈Lt的與后述的受電線圈Lr對(duì)置的一側(cè)的相反側(cè)。通過這種配置，由第I輔助線圈Lca容易產(chǎn)生增強(qiáng)在送電線圈Lt與后述的受電線圈Lr之間產(chǎn)生的一部分磁場(chǎng)的磁通。其結(jié)果，能夠進(jìn)一步抑制電力傳輸效率的下降。
[0043]并且，當(dāng)送電線圈Lt產(chǎn)生在從送電線圈單元Ltul的中心朝向外側(cè)的方向上與送電線圈Lt交鏈的磁通時(shí)，第I輔助線圈Lca產(chǎn)生在從送電線圈單元Ltul的中心朝向外側(cè)的方向上與第I輔助線圈Lca交鏈的磁通。具體而言，在圖3中，當(dāng)由送電線圈Lt產(chǎn)生的磁通在從送電線圈Lt朝向后述的受電線圈Lr的方向(圖示朝上)上與送電線圈Lt交鏈時(shí)，由第I輔助線圈Lca產(chǎn)生的磁通在從送電線圈Lt朝向第I輔助線圈Lca的方向(圖示朝左)上與第I輔助線圈Lca交鏈即可。為了產(chǎn)生這樣的磁通，在圖3中，以使流過第I輔助線圈Lca的繞組Wca最靠近送電線圈Lt的繞組Wt的部分(圖示第I輔助線圈Lca的繞組Wca的上表面部分)的電流的方向與流過送電線圈Lt的繞組Wt最靠近第I輔助線圈Lca的繞組Wca的部分(圖示送電線圈Lt的繞組Wt的左側(cè)部分)的電流的方向相反的方式，將第I輔助線圈Lca的繞組Wc卷繞于磁芯Cca即可。另外，在本實(shí)施方式中，送電線圈Lt和第I輔助線圈Lca串聯(lián)電連接，因此通過如上述的送電線圈Lt和第I輔助線圈Lca的配置，當(dāng)送電線圈Lt產(chǎn)生在從送電線圈單元Ltul的外側(cè)朝向中心的方向上與送電線圈Lt交鏈的磁通時(shí)，第I輔助線圈Lca也會(huì)產(chǎn)生在從送電線圈單元Ltul的外側(cè)朝向中心的方向上與第I輔助線圈Lca交鏈的磁通。
[0044]第2輔助線圈Lcb具備磁芯Ccb和繞組Web。第2輔助線圈Lcb為將繞組卷繞成螺旋狀的螺線管線圈，在板狀或棒狀的磁芯Ccb上卷繞由銅和鋁等的絞合線構(gòu)成的繞組Wcb上而形成。該第2輔助線圈Lcb的軸向相對(duì)于送電線圈Lt的軸向不平行。通過這種配置，由第2輔助線圈Lcb產(chǎn)生的磁通不與后述的受電線圈Lr交鏈，而容易環(huán)繞至遠(yuǎn)離第2輔助線圈Lcb的地方。在本實(shí)施方式中，第2輔助線圈Lcb的軸向相對(duì)于送電線圈Lt的軸向正交。在這種情況下，由第2輔助線圈Lcb更容易產(chǎn)生環(huán)繞至遠(yuǎn)離第2輔助線圈Lcb的地方的磁通。