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1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，需要在送電線圈具有流過大的電流，然而 在這種情況下，因漏磁通而引起的不必要的漏磁場的強(qiáng)度也會(huì)變大，因此擔(dān)心引起電磁波 障礙而對(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)1 (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)1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和輔助線圈，輔助線圈被配置為不與由送電線 圈產(chǎn)生的磁通中和受電線圈交鏈的磁通相交鏈，該受電線圈當(dāng)傳輸電力時(shí)與送電線圈相對(duì) 置，輔助線圈的軸向與送電線圈和受電線圈的對(duì)置方向不平行，由輔助線圈產(chǎn)生的磁通的 環(huán)繞方向和由送電線圈產(chǎn)生的磁通的環(huán)繞方向相反。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明，輔助線圈的軸向與送電線圈和受電線圈的對(duì)置方向不平行。因此，由 輔助線圈產(chǎn)生的磁通不與受電線圈相交鏈而容易環(huán)繞至遠(yuǎn)離輔助線圈的地方。在這種狀態(tài) 下，因?yàn)橛奢o助線圈產(chǎn)生的磁通的環(huán)繞方向和由送電線圈產(chǎn)生的磁通的環(huán)繞方向相反，所 以在遠(yuǎn)離作為磁通的產(chǎn)生源的送電線圈和輔助線圈的地方，由送電線圈產(chǎn)生的磁通的方向 和由輔助線圈產(chǎn)生的磁通的方向彼此相反，因此彼此的磁通相互抵消并在遠(yuǎn)離送電線圈的 地方形成的磁場的強(qiáng)度降低。還有，輔助線圈被配置為不與由送電線圈產(chǎn)生的磁通中和受 電線圈交鏈的磁通相交鏈，該受電線圈當(dāng)傳輸電力時(shí)與送電線圈相對(duì)置，因此有助于電力 傳輸?shù)拇磐ú粫?huì)被輔助線圈所抵消。因而，可減少在遠(yuǎn)離送電線圈的地方形成的不必要的 漏磁場的同時(shí)，抑制電力傳輸效率的下降。
[0009] 還有，在本發(fā)明所涉及的送電線圈單元中，也可以配置為由輔助線圈產(chǎn)生的磁通 抵消由送電線圈產(chǎn)生的磁通中不與受電線圈交鏈的一部分磁通而不抵消與受電線圈交鏈 的磁通。在此，在遠(yuǎn)離送電線圈的地方形成不必要的漏磁場的大部分磁通是不與受電線圈 交鏈的磁通。對(duì)此，在本發(fā)明中，由輔助線圈產(chǎn)生的磁通抵消不與受電線圈交鏈的一部分磁 通而不抵消與受電線圈交鏈的磁通。因而，可減少在遠(yuǎn)離送電線圈的地方形成的不必要的 漏磁場的同時(shí)，抑制電力傳輸效率的下降。另外，在這里所說的"不抵消與受電線圈交鏈的 磁通"并不意味著甚至排除當(dāng)與受電線圈交鏈的一部分磁通由于某些周圍環(huán)境的影響等而 環(huán)繞至遠(yuǎn)離送電線圈的地方時(shí)，在遠(yuǎn)離送電線圈的地方，由輔助線圈產(chǎn)生的磁通抵消偶然 與受電線圈交鏈的一部分磁通的情況。
[0010] 還有，在本發(fā)明所涉及的送電線圈單元中，也可以配置為由輔助線圈產(chǎn)生的磁場 增強(qiáng)在送電線圈和受電線圈之間產(chǎn)生的一部分磁場。在這種情況下，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)生的磁通的方向大致相同。因而，與 送電線圈和受電線圈同時(shí)交鏈的有助于電力傳輸?shù)拇磐ú粫?huì)被由輔助線圈產(chǎn)生的磁通所 抵消。其結(jié)果，可抑制電力傳輸效率的下降。
[0011] 優(yōu)選為，送電線圈以及輔助線圈還分別具備磁芯，輔助線圈的磁芯與送電線圈的 磁芯相連接。在這種情況下，由輔助線圈容易產(chǎn)生增強(qiáng)在送電線圈和受電線圈之間產(chǎn)生的 磁場的磁通。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)生的磁通的方向大致相同。因而，與送電線圈和受電線圈同時(shí)交鏈的有助于電力 傳輸?shù)拇磐ú粫?huì)被由輔助線圈產(chǎn)生的磁通所抵消。其結(jié)果，可進(jìn)一步抑制電力傳輸效率的 下降。
[0012] 優(yōu)選為，輔助線圈位于送電線圈的與所述受電線圈對(duì)置的一側(cè)的相反側(cè)。在這種 情況下，由輔助線圈容易產(chǎn)生增強(qiáng)在送電線圈和受電線圈之間的磁場的磁通。也就是說，在 送電線圈與受電線圈之間，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 大致相同。因而，與送電線圈和受電線圈同時(shí)交鏈的有助于電力傳輸?shù)拇磐ú粫?huì)被由輔助 線圈產(chǎn)生的磁通所抵消。其結(jié)果，可進(jìn)一步抑制電力傳輸效率的下降。
[0013] 更優(yōu)選為，從送電線圈和受電線圈的對(duì)置方向觀察時(shí)，輔助線圈的一部分或全部 與送電線圈重疊。在這種情況下，輔助線圈和送電線圈配置得更加接近，所以可使遠(yuǎn)離送電 線圈的地方的輔助線圈產(chǎn)生的磁通的密度分布更加接近由送電線圈產(chǎn)生的磁通的密度分 布。其結(jié)果，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的效果。
[0014] 優(yōu)選為，輔助線圈的軸向相對(duì)于送電線圈和受電線圈的對(duì)置方向大致正交。在這 種情況下，由輔助線圈更容易產(chǎn)生環(huán)繞至遠(yuǎn)離輔助線圈的地方的磁通。因而，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的效果。
[0015] 還有，在本發(fā)明所涉及的送電線圈單元中，送電線圈具備并置的第1送電線圈以 及第2送電線圈，第1送電線圈以及第2送電線圈可以配置為通過彼此產(chǎn)生的磁場形成交 鏈雙方的送電線圈的磁路。在這種情況下，由雙方的送電線圈有效地產(chǎn)生與受電線圈交鏈 的磁通，因此可提高電力傳輸效率。
[0016] 優(yōu)選為，由輔助線圈產(chǎn)生的磁通至少其一部分與送電線圈交鏈。在這種情況下， 由輔助線圈容易產(chǎn)生增強(qiáng)在送電線圈和受電線圈之間的磁場的磁通。也就是說，在送電線 圈與受電線圈之間，由送電線圈產(chǎn)生的磁通的方向和由輔助線圈產(chǎn)生的磁通的方向大致相 同。因而，與送電線圈和受電線圈同時(shí)交鏈的有助于電力傳輸?shù)拇磐ú粫?huì)被由輔助線圈產(chǎn) 生的磁通所抵消。其結(jié)果，可進(jìn)一步抑制電力傳輸效率的下降。
[0017] 優(yōu)選為，還具備附加線圈，其線圈的中心部配置在送電線圈的與受電線圈對(duì)置的 一側(cè)的相反側(cè)且第1送電線圈的中心部和第2送電線圈的中心部之間，第1送電線圈、第2 送電線圈以及附加線圈通過彼此產(chǎn)生的磁場形成交鏈每個(gè)線圈的磁路。在這種情況下，可 進(jìn)一步提高由送電線圈產(chǎn)生的磁通的密度。因而，更有效地產(chǎn)生有助于電力傳輸?shù)拇磐ǎ?以可進(jìn)一步提尚電力傳輸效率。
[0018] 優(yōu)選為，輔助線圈具備第1輔助線圈以及第2輔助線圈，第1輔助線圈以及第2輔 助線圈被配置為使送電線圈的中心部位于第1輔助線圈的中心部和第2輔助線圈的中心部 之間。在這種情況下，兩個(gè)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。
[0019] 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，能夠提供可減少在遠(yuǎn)離送電線圈的地方形成的不必要的漏磁場的同時(shí)，抑制電力傳 輸效率的下降的無線電力傳輸裝置。
[0020] 綜上所述，根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，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】
[0021] 圖1為將本發(fā)明的第1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。
[0022] 圖2為將本發(fā)明的第1實(shí)施方式所涉及的送電線圈單元與受電線圈一同顯示的截 面圖。
[0023] 圖3a為圖2中由第1以及第2送電線圈產(chǎn)生的磁通的模式圖。
[0024] 圖3b為圖2中由第1以及第2送電線圈和第1以及第2輔助線圈產(chǎn)生的磁通的 模式圖。
[0025] 圖4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。
[0026] 圖5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受電線圈一同顯示的截 面圖。
[0027] 圖6a為圖5中由第1以及第2送電線圈和附加線圈產(chǎn)生的磁通的模式圖。
[0028] 圖6b為圖5中由第1以及第2送電線圈、附加線圈、第1以及第2輔助線圈產(chǎn)生 的磁通的模式圖。
[0029] 圖7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。
[0030] 圖8為將本發(fā)明的第3實(shí)施方式所涉及的送電線圈單元與受電線圈一同顯示的截 面圖。
[0031] 圖9a為圖8中由送電線圈產(chǎn)生的磁通的模式圖。
[0032] 圖9b為圖8中由送電線圈和第1以及第2輔助線圈產(chǎn)生的磁通的模式圖。
[0033] 圖10為將比較例1的送電線圈單元與受電線圈一同顯示的截面圖。
[0034] 圖11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。
[0035] 圖12為將比較例3的送電線圈單元與受電線圈一同顯示的截面圖。
[0036] 圖13為將比較例4的送電線圈單元與受電線圈一同顯示的截面圖。
[0037] 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強(qiáng)度 的測定結(jié)果。
[0038] 圖15為本發(fā)明所涉及的實(shí)施例2和比較例3、4的電力傳輸效率以及漏磁場強(qiáng)度 的測定結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0039] 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。
[0040](第1實(shí)施方式）
[0041] 首先，參照圖1及圖2對(duì)本發(fā)明所涉及的第1實(shí)施方式的無線電力傳輸裝置S1的 配置進(jìn)行說明。圖1為將本發(fā)明所涉及的第1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為將本發(fā)明所涉及的第1實(shí)施方式的送電線圈單元與受電線圈一同 顯示的截面圖。
[0042] 如圖1所示，無線電力傳輸裝置S1具備無線送電裝置Utl和無線受電裝置Ur。
[0043] 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。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。 可以列舉，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。
[0044] 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 Effect Transistor，金氧半場效晶體管）和 IBGT (Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙 極型晶體管）等兀件。
[0045] 送電線圈單元Ltul具備第1送電線圈Lta、第2送電線圈Ltb、第1輔助線圈Lea、 第2輔助線圈Lcb以及磁性體F1。在本實(shí)施方式中，如圖1所示，第1以及第2送電線圈 Lta、Ltb和第1以及第2輔助線圈Lca、Lcb這四個(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S1適用于對(duì)電動(dòng)車等車輛供電的設(shè)備時(shí)，送電線圈單元Ltul 配設(shè)在地中或地面附近。
[0046] 接著，參照圖2對(duì)送電線圈單元Ltul所具備的每個(gè)線圈進(jìn)行說明。第1送電線圈 Lta具備磁芯Cta和繞組Wta。第1送電線圈Lta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。第1送電線圈Lta 的軸向相對(duì)于第1以及第2送電線圈Lta、Ltb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)定第1送電線 圈Lta的匝數(shù)。
[0047] 第2送電線圈Ltb具備磁芯Ctb和繞組Wtb。第2送電線圈Ltb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Wtb卷繞在磁芯Ctb上而形 成。第2送電線圈Ltb的軸向相對(duì)于第1以及第2送電線圈Lta、Ltb和后述的受電線圈Lr 的對(duì)置方向平行。第2送電線圈Ltb與第1送電線圈Lta在同一個(gè)平面上并置，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)定第1以及第2送電 線圈Lta、Ltb的配置間隔和第2送電線圈Ltb的匝數(shù)。該第1以及第2送電線圈Lta、Ltb 具有通過無線方式將由變頻器INV供給的交流電力傳輸至后述的受電線圈Lr的功能。
[0048] 另外，第1送電線圈Lta和第2送電線圈Ltb被配置為通過彼此產(chǎn)生的磁場而形 成與雙方的送電線圈Lta、Ltb交鏈的磁路。在這種情況下，由雙方的送電線圈Lta、Ltb有 效地產(chǎn)生與后述的受電線圈Lr交鏈的磁通，因此提高電力傳輸效率。具體而言，由第1送 電線圈Lta和第2送電線圈Ltb產(chǎn)生以交鏈雙方的送電線圈Lta、Ltb的方式環(huán)繞的磁通。 環(huán)繞該雙方的送電線圈Lta、Ltb的磁通，其與第1送電線圈Lta交鏈的方向和與第2送電 線圈Ltb交鏈的方向彼此相反。在此，為了形成交鏈雙方的送電線圈Lta、Ltb的磁路，以由 第1送電線圈Lta產(chǎn)生的磁場的方向和由第2送電線圈Ltb產(chǎn)生的磁場的方向彼此相反的 方式，對(duì)第1送電線圈Lta和第2送電線圈Ltb進(jìn)行電連接即可。也就是說，當(dāng)?shù)?送電線 圈Lta和第2送電線圈Ltb的卷繞方向相同時(shí)，以流過第1送電線圈Lta的電流的方向和 流過第2送電線圈Lt