供电线圈单元、无线供电装置以及无线电力传输装置的制作方法

本发明涉及一种无线电力传输用的供电线圈单元、无线供电装置以及无线电力传输装置。

背景技术：

无线电力传输装置是利用供电线圈(初级线圈)与受电线圈(次级线圈)间的电磁感应或磁场的谐振现象将电力无线由供电线圈向受电线圈供给的技术。在该无线电力传输装置中，为了提高供受电线圈间的磁耦合，并且提高电力传输效率，可以使用高导磁率的软磁性体芯。

然而，在将上述的无线电力传输装置适用于车辆等的供电设备的情况下，供电线圈设置于地面。此时，如果车辆的轮胎等开上供电线圈，则由于载荷施加于供电线圈上搭载的软磁性体芯，因此，保护软磁性体芯的技术的要求提高。例如，在专利文献1中提出了一种配置结构，其具有上下一体设置的覆盖部和基部，该覆盖部和基部分别由树脂混凝土制构成，在内部形成有收纳空间，在该收纳空间内至少收纳有内筒壁、该初级线圈、磁芯、以及低收缩性树脂，以初级线圈的线圈导线间的该间隙为中心填充有低收缩性树脂。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-89618号公报

技术实现要素：

发明所要解决的技术问题

然而，在专利文献1的技术中，利用以初级线圈的线圈导线间的该间隙为中心填充的低收缩性树脂来谋求磁芯的保护，但是如果施加载荷，则经由该低收缩性树脂分散后的应力施加于磁芯。因此，由于以磁性材料形成的磁芯是脆性材料，因此，对于冲击或载荷非常弱，依然残留有应力施加于如专利文献1中公开的磁芯的结构中磁芯的保护不充分的技术问题。

因此，本发明是鉴于上述课题而成的，其目的在于提供一种从载荷等的应力中能够确实地保护供电线圈单元所具备的磁性体的供电线圈单元、无线供电装置以及无线电力传输装置。

解决技术问题的手段

本发明所涉及的供电线圈单元其特征在于，所述供电线圈单元为无线电力传输用的供电线圈单元，具备：上方端开口的有底的基部；配置于基部的底面上、并且具有多个磁性板的磁性体；在磁性体上卷绕有导线而构成的供电线圈；覆盖基部的开口的覆盖部；和在多个磁性板之间和导线的线间从基部向着覆盖部延伸的肋，肋与覆盖部间的距离比供电线圈与覆盖部间的距离小。

根据本发明，具备在多个磁性板之间和导线的线间从基部向着覆盖部延伸的肋，肋与覆盖部间的距离比供电线圈与覆盖部间的距离小。因此，在供电线圈和磁性体与覆盖部之间形成空间，即使对供电线圈单元施加载荷，载荷也不会施加于磁性体。因此，可以从载荷等的应力中确实地保护供电线圈单元所具备的磁性体。

优选供电线圈在中央部具有开口部，以围绕开口部的方式卷绕有导线，覆盖部可以具备向着开口部突出的突出部。在该情况下，在供电线圈的开口部形成了能够收纳电子部件等的空间。在此，开口部上的覆盖部的突出部的截面二阶矩变大，难以产生由载荷造成的弯曲，因此，假设即使在空间中收纳电子部件等，也可以防止由于覆盖部接触所造成的应力载荷。

优选肋的一端与覆盖部接触。在该情况下，通过肋与覆盖部接触，在外部应力加载于覆盖部的情况下，可以抑制覆盖部的弯曲，可以确实地防止应力对供电线圈或磁性体的加载，并且可以从载荷等的应力中进一步确实地保护供电线圈单元所具备的磁性体。

本发明所涉及的无线供电装置其特征在于，具有上述供电线圈单元。根据本发明，可以得到能够从载荷等的应力中确实地保护供电线圈单元所具备的磁性体的无线供电装置。

本发明所涉及的无线电力传输装置其特征在于，具备无线供电装置和无线受电装置，无线供电装置为上述无线供电装置。根据本发明，可以得到能够从载荷等的应力中确实地保护供电线圈单元所具备的磁性体的无线电力传输装置。

发明的效果

根据本发明，可以从载荷等的应力中确实地保护供电线圈单元所具备的磁性体。

附图说明

图1是将本发明的第一实施方式所涉及的无线电力传输装置与负载一起表示的示意构成图。

图2是表示本发明的第一实施方式所涉及的无线电力传输装置中的供电线圈单元的构成的外观立体图。

图3是表示本发明的第一实施方式所涉及的无线电力传输装置中的供电线圈单元的内部构成的立体图。

图4是沿着图2中的切割线i-i的供电线圈单元的截面图。

图5是表示本发明的第二实施方式所涉及的无线电力传输装置中的供电线圈单元的内部构成的立体图。

图6是相当于图4所示的本发明的第一实施方式所涉及的供电线圈单元的截面图的，本发明的第二实施方式所涉及的供电线圈单元的截面图。

图7是相当于图4所示的本发明的第一实施方式所涉及的供电线圈单元的截面图的，本发明的第三实施方式所涉及的供电线圈单元的截面图。

符号的说明：

a…无线电力传输装置、a1…无线供电装置、a2…无线受电装置、b…载荷、10…供电线圈单元、20…逆变器、30…电源、40…受电线圈单元、50…整流部、100a…基部、110a…肋、120a,120b…中央凸部、200…屏蔽部、300…绝缘体、400…磁性体、500a…覆盖部、500b…突出部、600…供电线圈、700…电子部件。

具体实施方式

对于用于实施本发明的方式(实施方式)，一边参照附图一边进行详细地说明。另外，在说明中，对于同一要素或具有同一功能的要素使用同一符号，省略重复的说明。

(第一实施方式)

首先，参照图1，对本发明的第一实施方式所涉及的无线电力传输装置a的整体构成进行说明。图1是将本发明的第一实施方式所涉及的无线电力传输装置与负载一起表示的示意构成图。

如图1所示，无线电力传输装置a具备无线供电装置a1和无线受电装置a2。本实施方式所涉及的无线电力传输装置a适用于对车辆充电的设备。作为适用无线电力传输装置a的车辆，可以列举利用二次电池的电力的电动汽车(bev：batteryelectricvehicle)、混合动力电动汽车(hev：hybridelectricvehicle)、插电式混合动力电动汽车(phev：plug-inhybridelectricvehicle)等

如图1所示，无线供电装置a1具有电源30、逆变器20和供电线圈单元10。如图1所示，无线受电装置a2具有受电线圈单元40和整流部50。

电源30将直流电力提供给后述的逆变器20。作为电源30，只要是输出直流电力的就没有特别地限制，可以列举将商用交流电源整流、平滑后的直流电源、二次电池、太阳能发电的直流电源、或者开关转换器等的开关电源装置等。

逆变器20具有将由电源30提供的输入直流电力转换为交流电力的功能。在本实施方式中，逆变器20将由电源30提供的输入直流电力转换为交流电力，提供给供电线圈单元10。作为逆变器20，由桥接有多个开关元件的开元电路构成。作为构成该开关电路的开关元件，例如可以列举mos-fet(金属氧化物半导体-场效晶体管(metaloxidesemiconductor-fieldeffecttransistor))或igbt(绝缘栅双极晶体管(insulatedgatebipolartransistor))等的元件。

供电线圈单元10具有以无线将由逆变器20供给的交流电力供电至受电线圈单元40的功能。即，供电线圈单元10是无线电力传输用的线圈单元。该供电线圈单元10配置于车辆停车的停车空间内的地面上。例如，在后述的受电线圈单元40被搭载于车辆的大致中央下部的情况下，供电线圈单元10配置于停车空间的大致中央；在后述的受电线圈单元40被搭载于车辆的前方下部或后方下部的情况下，供电线圈单元10设置于靠停车空间内的车辆进入开始侧的相对侧。另外，供电线圈单元10的具体构成在后详述。

受电线圈单元40具有接收由供电线圈单元10提供的交流电力的功能。作为受电线圈单元40，至少包含将铜或铝等的导线卷绕而成的受电线圈，被封装于具有绝缘性的壳体中。另外，构成受电线圈的导线可以是单线，也可以是将细的导线多根绞合而成的利兹线。另外，受电线圈的匝数可以基于与供电线圈单元10间的分开距离或所希望的电力传输效率等来适当设定。在此，受电线圈单元40可以仅由受电线圈构成，也可以具备与受电线圈串联或并联连接的电容器，也可以具备提高线圈间的磁耦合的磁性体，也可以具备吸收电磁波的导体板。这样构成的受电线圈单元40搭载于车辆的车辆下部。

整流部50具有将受电线圈单元40接收的交流电力整流为直流电力的功能。作为整流部50，可以列举具备使用了二极管桥的全波整流功能和使用了电容器和三端稳压器的电力平滑化功能的转换电路等。通过该整流器50整流后的直流电力向负载b输出。在此，作为负载b，可以列举车辆所具有的二次电池或旋转机。另外，在负载b为交流旋转机的情况下，需要构成为在无线受电装置a2的整流器50与负载b之间附加逆变器(没有图示)而将交流电力提供给交流旋转机。

利用具备这样的构成，通过无线供电装置a1的供电线圈单元10与无线受电装置a2的受电线圈单元40相对，可以实现无线电力传输的无线电力传输装置a。

接着，参照图2～图4，对本发明的第一实施方式所涉及的无线电力传输装置a中的供电线圈单元10进行详细地说明。图2是表示本发明的第一实施方式所涉及的无线电力传输装置中的供电线圈单元的构成的外观立体图。图3是表示本发明的第一实施方式所涉及的无线电力传输装置中的供电线圈单元的内部构成的立体图。图4是沿着图2中的切割线i-i的供电线圈单元的截面图。

如图2～4所示，供电线圈单元10具有基部100a、覆盖部500a、中央突出部120a、肋110a、屏蔽部200、绝缘部300、磁性体400和供电线圈600。

基部100a具有上方端开口的有底的部件。具体来说，基部100a具有平板状的底面和沿着底面的外周缘设立的侧面，通过该底面和侧面划分收纳绝缘体300、磁性体400、供电线圈600等的空间。在本实施方式中，基部400a的底面呈现大致正方形，但是不限定于此，也可以是大致圆形或大致长方形。作为这样构成的基部100a的材质，优选为作为非磁性并且非导电性的材料的塑料，更优选为耐载荷性能优异的玻璃纤维增强塑料。另外，在基部100a的侧面的一部分设置有用于将供电线圈600向外部引出的配线孔。

覆盖部500a是平板状的一块板的部件。该覆盖部500a以覆盖基部100a的开口的方式配置。具体来说，覆盖部500a的周缘下部置于基部100a的侧面的上方端。这样，基部100a和覆盖部500a在内部收纳供电线圈单元10所具备的绝缘体300、磁性体400、供电线圈600等的部件，起到作为从外部环境保护的壳体的作用。在本实施方式中，覆盖部500a的主面呈现大致正方形，由与基部100a的底面大致相等的大小构成。作为这样构成的覆盖部500a的材质，优选为作为非磁性并且非导电性的材料的塑料，更优选为耐载荷性能优异的玻璃纤维增强塑料。

中央凸部120a是从基部100a的底面向着垂直上方延伸的部件。即，中央凸部120a从基部100a向着覆盖部500a延伸。具体来说，中央凸部120a设置于基部100a的底面的中央部，呈现大致长方体形状。该中央凸部120a从基部100a的开口来看(从基部100a与覆盖部500a的相对方向来看)，上方端面呈现大致正方形。在本实施方式中，以中央凸部120a的突出高度比基部100a的侧面的突出高度低的方式设置。另外，在本实施方式中，中央凸部120a与基部100a的底面一体化地设置。该中央凸部120a在载荷施加于覆盖部500a时作为支柱起作用。即，产生使供电线圈单元10的耐载荷性能提高的作用。作为这样构成的中央凸部120a的材质，优选为作为非磁性并且非导电性的材料的塑料，更优选为耐载荷性能优异的玻璃纤维增强塑料。

肋110a是从基部100a的底面向着垂直上方延伸的部件。即，肋110a从基部100a向着覆盖部500a延伸。具体来说，肋110a以将基部100a中的收纳空间划分成内侧区域和外侧区域的方式设置。在此，在本实施方式中，设定成从肋110a到中央凸部120a的间距与肋110a到基部100a的侧面的间距大致相等。该肋110a从基部100a的开口来看(从基部100a与覆盖部500a的相对方向来看)，呈现框状，在一部分设置能够通过供电线圈600的导线的缺口。另外，在本实施方式中，肋110a由将基部100a中的收纳空间划分成2个区域的1个框状部件构成，也可以由将基部100a的收纳空间划分成3个以上的区域的多个框状部件构成。另外，在本实施方式中，肋110a的突出高度比基部100a的侧面的突出高度低，与中央凸部120a的突出高度大致相等地设定。进一步，在本实施方式中，肋110a与基部100a的底面一体化地设置。作为这样构成的肋110a的材质，优选为作为非磁性并且非导电性的材料的塑料，更优选为耐载荷性能优异的玻璃纤维增强塑料。

屏蔽部200为平板状的部件，在基部100a的底面的外表面侧层叠地设置。即，在将供电线圈单元10设置于停车空间的地面上时，屏蔽部成为与地面接触的部分。在本实施方式中，屏蔽部200呈现大致正方形，由与基部100a的底面大致相等的大小构成。该屏蔽部200具有屏蔽供电线圈600产生的磁通向外部(主要是地面侧)泄漏的功能。作为这样的屏蔽部200的材质，只要是导电性材料即可，例如可以列举铝合金等。另外，在本实施方式中分别由各个部件构成基部100a的底面和屏蔽部200，但是不限定于此，也可以构成为由导电性材料构成基部100a的底面，并且作为屏蔽部200起作用。

绝缘体300在基部100a的底面的内表面侧重叠设置。在本实施方式中，绝缘体300具有设置于基部100a的内侧区域的底面上的绝缘部件和设置于基部100a的外侧区域的底面上的绝缘部件。即，绝缘体300通过肋110a被划分为多个。作为这样构成的绝缘体300的材质，可以列举绝缘性的树脂。

磁性体400在绝缘体300上重叠设置。换而言之，磁性体400经由绝缘体300配置于基部100a的底面上。在本实施方式中，磁性体400具有经由绝缘体300设置于基部100a的内侧区域的底面上的磁性板和经由绝缘体300设置于基部100a的外侧区域的底面上的磁性板的多个磁性板。即，磁性体400通过肋110a被划分为多个。作为这样构成的磁性体400的材质，可以列举铁氧体、坡莫合金、硅钢板等。另外，设置于基部100a的内侧区域或外侧区域的磁性板可以分别由单一的磁性部件构成，也可以由多个磁性体的片构成。

供电线圈600在磁性体400上卷绕有导线而构成。具体来说，供电线圈600在中央部具有开口部，并且是以围绕该开口部的方式以平面状卷绕导线而成的螺旋结构的线圈。在本实施方式中，供电线圈600以中央凸部120a贯通开口部的方式配置于磁性体400上。因此，供电线圈600以围绕中央凸部120a的方式卷绕导线而构成。另外，供电线圈600具有：在设置于基部100a的内侧区域的磁性体400的磁性板上卷绕有导线的卷绕部、和在设置于基部100a的外侧区域的磁性体400的磁性板上卷绕有导线的卷绕部。即，供电线圈600通过肋110a被划分为多个。另外，基部100a的内侧区域中的供电线圈600的卷绕部和基部100a的外侧区域中的供电线圈600的卷绕部经由肋110a的缺口连结。换而言之，供电线圈600从基部100a的内侧区域向着基部100a的外侧区域连续地卷绕。作为这样构成的供电线圈600的导线的材质，可以列举铜或铝等，由于供电线圈600中流通高频的交流电流，因此，鉴于趋肤效应，优选使用将细的导线多根绞合而成的利兹线。另外，供电线圈600与磁性体400间的绝缘可以使绝缘片材介于供电线圈600与磁性体400之间来确保绝缘，也可以由绝缘包覆导体构成供电线圈600的导线自身来确保绝缘。另外，在本实施方式中，虽然没有图示，但是供电线圈单元10也可以具备与供电线圈600串联或并联连接，并且与供电线圈600一起形成谐振电路的谐振电容器。

在本实施方式中，由于磁性体400和供电线圈600分别设置于基部100a的内侧区域和外侧区域，因此，肋110a在磁性体400的多个磁性板间和供电线圈600的导线的线间从基部100a向着覆盖部500a延伸。另外，在本实施方式中，基部100a的侧面的突出高度、肋110a的突出高度和中央凸部120a的突出高度分别超过供电线圈600的配置高度延伸。因此，肋110a与覆盖部500a间的距离比供电线圈600与覆盖部500a间的距离比。由此，在车辆的轮胎开上供电线圈单元10上时，即使覆盖部500a由于承受来自车辆的载荷而弯曲，覆盖部500a的内表面变得与肋110a的上方端和中央凸部120a的上方端接触。因此，来自车辆承受的载荷产生的应力没有直接施加于磁性体400或供电线圈600。

在此，对本实施方式所涉及的供电线圈单元10所具备的肋110a的作用效果进行详述。通常如果载荷加载于覆盖部500a，则覆盖部500a向着覆盖部100a弯曲。此时，通过中央凸部120a抑制了弯曲，但是在供电线圈单元10收纳具有多个平板状的磁性板的磁性体400和在该磁性体400上平面状卷绕有导线而构成的供电线圈600的情况下，供电线圈600的导线上的覆盖部500a发生了弯曲。如本实施方式那样，供电线圈单元10通过在磁性体400的多个磁性板之间和供电线圈600的导线的线间具有从基部100a向着覆盖部500a延伸的肋110a，从而可以抑制供电线圈600的导线上的覆盖部500a的弯曲。即，通过肋110a，在载荷加载于覆盖部500a的情况下，由于可以缩短覆盖部500a的梁的支撑长度，因此，可以减小覆盖部500a的弯曲量。由此，即使载荷加载于覆盖部500a，也可以防止覆盖部500a与供电线圈600接触。因此，加载于覆盖部500a的载荷没有加载于供电线圈600或磁性体400。

如上所述，本实施方式所涉及的无线电力传输装置a中，供电线圈单元10具备：上方端开口的有底的基部100a；配置于基部100a的底面上、并且具有多个磁性板的磁性体400；在磁性体400上卷绕有导线而构成的供电线圈600；覆盖基部100a的开口的覆盖部500a；和在多个磁性板之间和导线的线间从基部100a向着覆盖部500a延伸的肋110a，肋110a与覆盖部500a间的距离比供电线圈600与覆盖部500a间的距离小。因此，在供电线圈600和磁性体400与覆盖部500a之间形成有空间，即使载荷施加于供电线圈单元10，载荷也不会施加于磁性体400。因此，可以从载荷等的应力中确实地保护供电线圈单元10所具备的磁性体400。

(第二实施方式)

接着，参照图5和图6，对本发明的第二实施方式所涉及的无线电力传输装置进行说明。图5是表示本发明的第二实施方式所涉及的无线电力传输装置中的供电线圈单元的内部构成的立体图。图6是相当于图4所示的本发明的第一实施方式所涉及的供电线圈单元的截面图的，本发明的第二实施方式所涉及的供电线圈单元的截面图。第二实施方式所涉及的无线电力传输装置在供电线圈单元10中，代替中央凸部120a而具备中央凸部120b的方面、覆盖部500a具备突出部500b的方面与第一实施方式不同，其它的构成与第一实施方式相同。以下，以与第一实施方式不同的方面为中心进行说明。

中央凸部120b与中央凸部120a同样地，是从基部100a的底面向着垂直上方延伸的部件。即，中央凸部120b从基部100a向着覆盖部500a延伸。具体来说，中央凸部120b以将基部100a的收纳空间划分成中央部和内侧区域的方式设置。由此，在本实施方式中，基部100a中的收纳空间被划分成中央部、内侧区域、外侧区域这3个区域。在此，供电线圈600与第一实施方式同样地，在中央部具有开口部，并且是以围绕该开口部的方式平面状地卷绕有导线的螺旋结构的线圈，中央凸部120b从基部100a的开口来看(从基部100a与覆盖部500a的相对方向来看)呈现框状，以贯通供电线圈600的开口部的方式设置。因此，在是供电线圈600的开口部并且基部100a的中央部形成有框状的中央凸部120b围绕的能够收纳电子部件700的空间。在此，作为空间中收纳的电子部件700，可以列举与供电线圈600串联或并联连接并且与供电线圈600一起形成谐振电路的谐振电容器等。在本实施方式中，中央凸部120b的突出高度被设定为比基部100a的侧面的突出高度低，并且与肋110a的突出高度大致相等。另外，在本实施方式中，中央凸部120b与基部100a的底面一体化地设置。该中央凸部120b在载荷施加于覆盖部500a时作为支柱起作用，并且具有划分收纳电子部件700的空间的作用。作为这样构成的中央凸部120b的材质，优选为作为非磁性并且非导电性的材料的塑料，更优选为耐载荷性能优异的玻璃纤维增强塑料。

在本实施方式中，覆盖部500a具备突出部500b。突出部500b是从覆盖部500a的内表面向着垂直下方延伸的部件。即，突出部500b从覆盖部500a向着基部100a延伸。具体来说，突出部500b设置于覆盖部500a的内表面的中央部，与基部100a的底面中的中央凸部120b所包围的中央部相对。即，突出部500b向供电线圈600的开口部突出。在此，从突出部500b的覆盖部500a向着基部100a延伸的突出高度以保持收纳形成于基部100a的中央部的电子部件700的空间的方式设定。该突出部500b从垂直方向来看(从基部100a与覆盖部500a的相对方向来看)，下方端面呈现大致正方形。在本实施方式中，突出部500b与覆盖部500a的内表面一体化地设置。作为这样构成的突出部500b的材质，优选为作为非磁性并且非导电性的材料的塑料，更优选为耐载荷性能优异的玻璃纤维增强塑料。另外，从越加厚覆盖部500a的厚度，则越难以发生由于载荷而导致的弯曲，因此，使耐载荷性能提高的观点出发，突出部500b可以构成为从与供电线圈600的开口部相对的覆盖部500a的内表面的整个面向着基部100a突出。

如上所述，对于本实施方式所涉及的无线电力传输装置，在供电线圈单元10中，供电线圈600在中央部具有开口部，并且以围绕开口部的方式卷绕有导线，覆盖部500a具备向开口部突出的突出部500b。因此，在供电线圈600的开口部形成有能够收纳电子部件700的空间。在此，开口部上的覆盖部500a的突出部500b的截面二阶矩变大，难以发生由载荷造成的弯曲，因此，假设即使在空间中收纳电子部件700，也可以防止由于覆盖部500a接触所造成的应力载荷。

(第三实施方式)

接着，参照图7，对本发明的第三实施方式所涉及的无线电力传输装置进行说明。图7是相当于图4所示的本发明的第一实施方式所涉及的供电线圈单元的截面图的，本发明的第三实施方式所涉及的供电线圈单元的截面图。第三实施方式所涉及的无线电力传输装置在供电线圈单元10中在中央凸部120b的突出高度以及肋110a的突出高度方面与第二实施方式不同，其它的构成与第二实施方式相同。以下，以与第二实施方式不同的方面为中心进行说明。

在本实施方式中，中央凸部120b的突出高度设定为与基部100a的侧面的突出高度大致相等。因此，中央凸部120b的上方端(一端)与覆盖部500a接触。另外，在本实施方式中，肋110a的突出高度设定为与基部100a的侧面的突出高度大致相等。因此，肋110a的上方端(一端)与覆盖部500a接触。由此，覆盖部500a成为通过基部100a的侧面、中央凸部120b、肋110a支撑的结构。

如上所述，本实施方式所涉及的无线电力传输装置在供电线圈单元10中，肋110a的一端与覆盖部500a接触。因此，通过肋110a与覆盖部500a接触，在外部应力加载于覆盖部500a的情况下，可以抑制覆盖部500a的弯曲，可以确实地防止对供电线圈600或磁性体400的应力加载，并且可以从载荷等的应力中进一步确实地保护供电线圈单元10所具备的磁性体400。同样地，由于中央凸部120b的一端也与覆盖部500a接触，因此，中央凸部120b起到抑制外部应力加载于覆盖部500a的情况下的覆盖部500a的弯曲的作用。

以上，基于实施方式对本发明进行了说明，但是本发明不限定于上述的实施方式，可以进行各种变形或变更。例如，上述第三实施方式所涉及的无线电力传输装置中的特征性结构和功能也可以适用于第一实施方式所涉及的无线电力传输装置a。在该情况下，通过肋110a与覆盖部500a接触，在外部应力加载于覆盖部500a的情况下，也可以抑制覆盖部500a的弯曲，可以确实地防止应力加载于供电线圈600或磁性体400，并且可以从载荷等的应力中进一步确实地保护供电线圈单元10所具备的磁性体400。