专利名称：具备散热构造的无线电力传输系统及送受电装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及以非接触方式对能量进行充电供电或者集电的无线电力传输装置中的送受电天线的散热构造。
背景技术：
从提高电子设备的可移动性、确保防水性·防尘性等观点出发，越来越关注非触点·非接触方式的能量充电供电技术。通过这种非接触的电力传输，能够使得壁挂电视等的家电产品不需要布线，能够方便地对电动汽车等的大型设备进行充电供电。
作为非接触的电力传输方式，不仅有以往研究的电磁感应方式，还提出了专利文献I中公开的磁谐振方式。在该方式中，利用谐振器间的谐振模式间耦合，从而与现有的电磁感应方式相比能够实现长距离、高效率的电力传输。特别是如果利用谐振磁场，则与利用谐振电场的情况相比，认为还能够避免对周边生物体带来影响。
另一方面，磁谐振方式的电力传输系统中所产生的损耗的一部分在谐振器中变为热量。由谐振器产生的热量会对谐振器、电路的温度特性带来影响，使得传输效率下降。此外，由于在传输大电力时发热量变大，因此从安全性的观点考虑也需要去除由谐振器产生的热量。
作为去除热量的构造，例如在专利文献2中公开了在电磁感应方式的非接触供电装置中用到的散热构造。在该散热构造中，由不受电磁场影响的具有电绝缘性的热传导性材料来覆盖初级、次级线圈及初级、次级磁芯(magnetic cores)的表面，由此进行散热。
此外，在专利文献3及专利文献4中也公开了在电磁感应方式的非接触供电装置中用到的散热技术。在 这些技术中，使由金属的导电性材料形成的散热构造紧贴在电感器表面来进行散热。
再有，在专利文献5中公开了一种在使多根细导线进一步合拢而形成的绞合线的中央部设置冷却用部件来冷却励磁线圈的技术。在该技术中，作为冷却用部件公开了使用具有高热传导性的PDA系高分子材料、添加了碳系丝(carbon-based filament)的树脂、 铝、热导管等。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:美国申请公开2008/0278264-A1公报
专利文献2 :日本特开2008-087733号公报
专利文献3 :日本特开2009-004513号公报
专利文献4 :日本特开2006-129605号公报
专利文献5 :日本特开2005-108654号公报发明内容
发明要解决的课题
在专利文献2公开的技术中，由于将热传导率一般低于导电性材料的电绝缘性材料用作散热构造，因此存在与将导电性材料用于散热构造的情况相比散热性较低的这一课题。
另一方面，在专利文献3公开的技术中，由于将热传导率一般高于电绝缘性材料的导电性材料用作热传导层，因此消除了散热性低的情况。但是，由于热传导层的散热端在没有实施绝缘处理等的情况下紧贴于内部电路的地线或者连接于地线的框体来进行散热， 因此导电性的热传导层形成在电气上闭合的环路(电气上的闭环)。其结果由于电力传输时产生的磁场从而在热传导层内流过感应电流，产生导电损耗。即，在专利文献3所公开的技术中存在电力传输效率下降的这一课题。
在专利文献4中公开了没有形成在电气上的闭环的散热构造。但是，由于在作为发热体的电感器的表面形成散热构造，因此在电感器的绕组数多时、电感器较厚时存在散热性下降的这一课题。
此外，在采用了专利文献5所公开的散热构造的情况下，认为通过紧贴于多个导线的冷却用部件能够提高散热效果。但是，在将导电性材料用作冷却用部件时，与上述专利文献3同样地存在因产生感应电流而电力传输效率下降的这一课题。
本发明用于解决上述现有技术的课题。本发明的目的在于提供一种用于抑制电力传输效率的下降同时去除由磁谐振方式的无线电力传输系统中使用的谐振器所产生的热量的散热技术。
用于解决课题的技术方案
本发明的送受电装置在经由谐振磁场以无线方式传输电力的无线电力传输系统中进行送电及受电的至少一方，其中所述送受电装置具备天线，其具有电感器；和散热构造，其具有导电性热传导体，该导电性热传导体的一部分经由电绝缘体而与所述电感器以热量方式接触，即该导电性热传导体构成为在电气上没有形成闭合的环路。
在某个实施方式中，所述天线的谐振频率被设定为与和所述天线进行电力传输的其他天线的谐振频率一致。
在某个实施方式中，所述导电性热传导体在电气上没有接地。
在某个实施方式中，所述导电性热传导体通过将由所述电感器产生的热量传送至远离所述电感器的位置来进行散热。
在某个实施方式中，所述散热构造具有位于远离所述电感器的位置处的冷却部， 所述导电性热传导体通过将由所述电感器产生的热量传送至所述冷却部来进行散热。
在某个实施方式中，所述电感器由导线形成，该导线的至少一部分被所述电绝缘体覆盖，即该导线在所述导电性热传导体的至少一部分的周围卷绕成螺旋状。
在某个实施方式中，在所述电感器的形成面投影的、所述导电性热传导体中与所述电感器以热量方式接触的部分的宽度小于所述电感器的布线部分的宽度。
在某个实施方式中，所述导电性热传导体中与所述电感器以热量方式接触的部分的至少一部分包含在由所述电感器的 轮廓所规定的区域的内部。
在某个实施方式中，所述导电性热传导体在由所述电感器的轮廓所规定的区域的内部在电气上被分离。
在某个实施方式中，所述导电性热传导体在由所述电感器的轮廓所规定的区域的外部在电气上被分离。
在某个实施方式中，所述导电性热传导体具有中空的管状的构造、且至少一部分在电气上被分离。
在某个实施方式中，所述导电性热传导体中在电气上被分离的部分通过由电绝缘性材料形成的管来进行中继。
在某个实施方式中，在所述导电性热传导体的内部封入了冷媒。
在某个实施方式中，所述导电性热传导体中在电气上被分离的部分与所述电感器的进行了弯曲的部分接近。
在某个实施方式中，所述导电性热传导体中与所述电感器以热量方式接触的部分较之形成有所述电感器的绕组的部分的中央更接近于外侧地配置。
本发明的无线电力传输装置经由谐振磁场以无线方式传输电力，其中所述无线电力传输系统具备送电部，其具有送出RF能量的送电天线；受电部，其具有接受所述RF能量的至少一部分的受电天线；和散热构造，其具有导电性热传导体，该导电性热传导体的一部分经由电绝缘体而与所述送电天线及所述受电天线的至少一方的电感器以热量方式接触，即该导电性热传导体构成为在电气上没有形成闭合的环路。
在某个实施方式中，所述送电天线的谐振频率与所述受电天线的谐振频率被设定为一致。
发明效果
根据本发明的无线电力传输系统及送受电装置，使用构成为没有形成电气上的闭环的导电性热传导体来进行散热。因此，能够抑制电力传输效率的下降的同时去除由谐振器的电感器所产生的热 量。
图1A是表示本发明的无线电力传输系统的基本构成的一例的图。
图1B是表示本发明的无线电力传输系统中的送电天线107及受电天线109的等效电路的例子的图。
图2A是表示本发明的无线电力传输系统中的电感器13的形状的例子的图。
图2B是表示本发明的无线电力传输系统中的散热构造111的构成的例子的图。
图2C是表示本发明的无线电力传输系统中的电感器及热传导体11的配置关系的例子的图。
图3是表示本发明的第I实施方式中的受电装置的示意构成的图。
图4A是表示本发明的第I实施方式中的热传导体11、电绝缘体12、电感器13在 XY平面上的位置关系的配置图。
图4B是本发明的第I实施方式中热传导体11的分离部18配置在电感器13的弯曲部附近时的配置图。
图4C是表示本发明的第I实施方式中的热传导体11、电绝缘体12、电感器13在 Z轴方向上的位置关系的配置图。
图5是表示本发明的第2实施方式中的受电装置的示意构造的图。
图6(a)是表示本发明的第2实施方式中的热传导体11的分离部的第I例的图，(b)是表示本发明的第2实施方式中的热传导体11的分离部的第2例的图。
具体实施方式
首先，参照图1A及图1B来说明本发明的无线电力传输系统的基本构成例。图1A 是表示本发明的无线电力传输系统100的构成例的框图。图1A所示的无线电力传输系统 100具备具有送出射频能量(RF能量)的送电天线107的送电装置120、具有对从送电天线107送出的RF能量的至少一部分进行接受的受电天线109的受电装置140、以及具有将从受电天线109产生的热量传送至外部的导电性热传导体11的散热构造111。导电性热传导体11不直接与受电天线109接触，经由未图示的电绝缘体而与受电天线109的电感器以热量方式接触。在此，所谓“以热量方式接触”意味着能够通过热传导进行热量的给予接受。导电性热传导体11从受电天线109的电感器接受热量并将其放出至外部。由此，能够确保电绝缘性的同时使受电天线109的电感器进行散热。再者，在图1A所示的例子中，散热构造111被配置在受电天线109侧，使受电天线109的电感器进·行散热，但散热构造111 也可以配置成使送电天线107的电感器进行散热。此外，也可以对送电天线107及受电天线109双方设置散热构造111。
图1B是表示送电天线107及受电天线109的等效电路的例子的图。送电天线107 及受电天线109都是具备电感器13、电容元件14及电阻19的谐振电路。图1B示出送电天线107为串联谐振电路、受电天线109为并联谐振电路的例子，但各天线可以是串联谐振电路及并联谐振电路的任意一个。
优选各电感器13的电感及各电容元件14的容量按照送电天线107的谐振频率fT 和受电天线109的谐振频率fR —致的方式进行设定。再者，为了通过谐振器间的耦合来实现高效率的能量传输，fT = fR是较为理想的，但是如果fT与fR之间的差异充分小，则也能够进行能量传输。在本说明书中，“频率fT与频率fR相等”定义为满足以下的式I的情况。
(式I) I fT-fR ( fT/QT+fR/QR
在此，QT是作为送电天线107的谐振器的Q值，QR是作为受电天线109的谐振器的Q值。一般，在将谐振频率设为X、将谐振器的Q值设为Qx时，该谐振器的谐振所产生的频带相当于X/Qx。如果式I的关系成立，则可在2个谐振器间实现基于磁谐振的高效率的能量传输。在以下的说明中，假定将规定的频率设为f0而fT = fR = f0成立。频率f0被设定为例如50Hz 300GHz，进一步优选设定为IOkHz 1GHz，更加优选设定为20kHz 20MHz ο
送电装置120除了送电天线107以外，还可具备未图示的振荡器、电源等。送电天线107例如从振荡器接受频率f0的射频能量(radio frequency energy),并使频率f0的磁场能量分布在周边空间。由此，在送电天线107的周围形成以频率f0振动的谐振磁场。 受电装置140中的受电天线109通过与该谐振磁场耦合，能够从送电装置120接受RF能量。 受电装置140可具备未图示的内部电路、负载等。受电天线109例如将接受到的RF能量经由内部电路送出至负载，能够使受电装置140进行动作。
若在送电天线107与受电天线109之间经由谐振磁场来传输电力，则一般会在作为导电部分的电感器13中产生热量，从而传输效率下降。因此，需要去除由电感器13产生的热量。
在本发明的无线电力传输系统100中，散热构造111被配置在送电天线107及受电天线109的至少一方的电感器13的附近，而使电感器13进行散热。以下，参照图2A至图2C来说明本发明中的散热方式。
图2A示出电感器13的形状的例子。本发明中的电感器13的形状可以是公知的任意的形状，在此考虑由最大卷绕数为4的导线(绕组)构成的具有矩形的螺旋形状的电感器13。电感器13的尺寸可根据被搭载的设备的尺寸来适当设计。例如，在小型的电子设备中，电感器13的特征性尺寸(例如电感器13为矩形时是指短边的长度，为圆形时是指直径)可以为几mm 几cm。此外，在大型的供电设备、电动汽车等中，电感器13的特征性尺寸可以为几十cm 几m。
图2B示出用于使图2A所示的电感器13进行散热的散热构造111的例子。如图所示，散热构造111具有导电性热传导体11 (以下称为“热传导体11”)。热传导体11例如具有与电感器13以热量方式接触的部分即接触部分11a、以及将热量传送至外部的部分即传送部分lib。优选按照接触部分Ila在电感器13的绕组部分的宽范围的整个范围中进行接触的方式来构成热传导体11。通过这种热传导体11能够将由电感器13产生的热量有效地放出至外部。
另外，热传导体11构成为在电气上没有形成闭合的环路。例如，在图2B所示的例子中，热传导体11在接触部分Ila及传送部分Ilb分别具有分离部18。通过这种热传导体 11能够防止因电感器13所产生的磁场而在热传导体11中流过感应电流。
散热构造111除了热传导体11以外，还可以具有冷却部(未图示)。这种冷却部通过与热传导体11的传送部分Ilb的前端(散热端)llc连接，能够提高散热效果。再者， 在冷却部由导电性材料形成的情况下，由于热传导体11的散热端IlC被电连接，因此热传导体11需要在不与冷却部接触的部分具备分尚部18。
图2C是表示图2A所示的电感器13及图2B所示的热传导体11的配置关系的例子的图。在该图所示的例子中，热传导体11沿着电感器13的绕组进行配置。在热传导体 11与电感器13的绕组之间，形成了具有热传导性的电绝缘体12的层。优选电绝缘体12的厚度在能够保持热传导体11与电感器13的绕组之间的电绝缘性的范围内尽可能地薄。
通过以上的构成，通过热传导体11能够有效地去除由电感器13产生的热量。根据本发明，由于热传导体11不会形成电气上的闭环，因此能够抑制因电感器13所产生的磁场而在热传导体11中产生感应电流。因此，与使用基于现有技术的散热构造相比，能够确保较高的无线电力传输的传输效率。
本发明中的散热构造111并不限于具备上述这种送电装置120及受电装置140的无线电力传输系统，也可以搭载于进行送电及受电的至少一方的装置(送受电装置)。这种送受电装置具备进行送电及受电的至少一方的天线、以及具有经由电绝缘体而一部分与天线的电感器以热量方式接触且没有形成电气上的闭环的导电性热传导体的散热构造。送受电装置既可以是具备送电天线107的送电装置120，也可以是具备受电天线109的受电装置140。此外，还可以是使用I个天线来进行送电及受电双方的装置。
以下，参照图3至图6来说明本发明的实施方式。在以下的说明中，使用图中所示的XYZ坐标。在以下的说明中，对于同样的构成要素赋予相同的参照符号。
(实施方式I)
首先，说明本发明的第I实施方式。本实施方式涉及从外部的送电装置经由谐振磁场以无线方式接受电力供给来进行动作的受电装置。受电装置例如是笔记本电脑、便携电话等的移动设备、电动汽车、蓄电池等，如果是以电能进行动作的设备则可以是任意的设备。再者，以下的说明中的散热构造也能够完全同样地应用于送电装置所搭载的送电天线， 其效果没有变化。
图3是表示本实施方式的受电装置140的示意构成的图。受电装置140具备接受RF能量的受电天线109、用于将由受电天线109产生的热量放出至外部的散热构造111、 内部电路15、以及负载17。受电天线109是具有电感器13和电容元件14的谐振电路。散热构造111具有由导电性材料形成的热传导体11、以及用于冷却热传导体11的冷却部16。 热传导体11经由具有热传导性的电绝缘体12而与受电天线109的电感器13以热量方式接触。内部电路15例如是整流电路，将受电天线109所接受的RF能量变换为直流能量并向负载17送出直流能量。负载17例如是一般的电气设备、蓄电池。在本实施方式中，内部电路15及负载17没有特别限定，也可以适当组合公知的要素来使用。
以下，进一步详细说明本实施方式中的受电天线109及散热构造111。
本实施方式中的受电天线109是具有电感器13和电容元件14的谐振电路，能够有效地接受从未图示的送电天线送出的RF能量。再者，在图3所示的构成中，电感器13与电容元件14并联连接，但它们也可以串联连接。
尽管假定本实施方式中的电感器13具有卷绕数为N(N为2以上的整数)的螺旋构造、或者卷绕数为I的环形构造，但也可以具有公知的其他构造。此外，电感器13既可以由一层的导电体图案构成，也可以具有使层叠之后的多个导电体图案串联连接的构成。电感器13可适当地由具有高电导率的铜、银等导电体形成。此外，电感器13的螺旋布线的形状并不限定于图3所示的这种圆形，可以是任意形状。例如，也可以是矩形、椭圆形、或者非对称形状。其中，在采用矩形的螺旋形状时，优选在角部分具有一定以上的曲率。这是因为， 具有急剧的角度变化的布线形状会引起高频电流的集中及周边空间的磁场密度的集中，从而所产生的焦耳热量增加及传输效率下降。再者，在本说明书中，将由电感器13的绕组所形成的面称为电感器13的“形成面”。将与电感器13的形成面平行的面设定为XY平面。 在此，在电感器13的绕组并不配置在同一平面上，而是具备在Z轴方向上具有厚度的层状构造时，将由具有最大面积的布线层所形成的面称为电感器13的“形成面”。
本实施方式中的电容元件14可利用具有例如芯片形状、引线形状的所有类型的电容器。此外，也可以将隔着空气的2布线间的电容作为电容元件14发挥作用。
按照本实施方式中的受电天线109的谐振频率fR成为与送电天线的谐振频率fT 相等的值的方式，设定包含电感器13、电绝缘体12及散热构造111在内的系统的电感、及电容元件14的容量。
为了使受电天线109的谐振频率与送电天线的谐振频率一致，只要将电容元件14 的容量C(F)设定为以下的式2 所示的值即可。
(式2) C= 1/((2 ii f)2 · L)
在此，将送受电天线的谐振频率设为f (Hz)，将由热传导体11、电绝缘体12及电感器13构成的系统所具有的电感值设为L(H)。
再者，电感值L能够利用例如阻抗分析器、网络分析器对由热传导体11、电绝缘体 12及电感器13构成的系统进行测量从而求出。
接下来，进一步详细说明本实施方式中的散热构造111。
散热构造111具有热传导体11和冷却部16。热传导体11优选由具有热传导率 100ff/mK以上的材料、例如铜等金属类形成。热传导体11按照经由具有热传导性的电绝缘体12从电感器13接受热量的方式配置在电感器13的绕组的内部。为了维持热传导体11 与电感器13的绕组之间的绝缘性，电绝缘体12配置在热传导体11与电感器13之间。热传导体11中的导电路径的至少I处被分离部18分离。热传导体11与配置在远离电感器 13的位置处的冷却部16接触，并将电感器13所产生的热量传送至冷却部16。
冷却部16例如具备散热片构造(fin structure),通过散热片产生对流,将从热传导体11传导的热量放出至外部。再者，冷却部16中的散热方式并不限于基于对流的冷却方式，只要能够将电感器13所产生的热量充分地放出，就可以是任意的方式。在图3所示的构成中，受电装置140具备I个冷却部16，但也可以具备2个以上的冷却部16。此外， 冷却部16并不一定要设置在受电装置140中，冷却部160也可以设置在受电装置140的外部。
作为具有热传导性的电绝缘体12的材料，例如可以使用以硅树脂为基础的材料、 含有铝制填料的陶瓷材料等。此外，代替这些材料，也可以使用空气等的气体。
本实施方式中的热传导体11具有导电路径被分离 部18分离的构造，使得基于由电感器13所形成的磁场而产生的感应电流的路径不会形成闭合的环路。例如，在图3所示的构成中，热传导体11在电感器的形成面的内部具有3处的分离部18，在冷却部16的内部具有I处的分离部18。在此，冷却部16的内部中的热传导体11的散热端优选被配置成短路且不接地。分离部18的数量及位置并不限于上述的例子，只要导电路径的至少I处以上被分离即可。分离部18既可以设置在由电感器13的轮廓所规定的区域的内部，也可以设置在外部。此外，本实施方式中的热传导体11构成为相对于内部电路15等而不接地。由此，能够抑制因形成闭环而产生感应电流。
以下，参照图4A至图4C来说明热传导体11的优选的配置。
图4A是表示热传导体11、电绝缘体12及电感器13的绕组在XY平面上的位置关系的配置图。图4A所示的电感器13的形状是矩形，不同于图3所示的电感器13的形状， 但电感器13的形状可以是任意的形状。
在此，如上述，将热传导体11中经由电绝缘体12而与电感器13以热量方式接触的部分称为“接触部分”。优选按照在将热传导体11的接触部分投影在电感器13的形成面上时，该接触部分位于电感器13的最外侧的绕组和最内侧的绕组之间的方式来配置热传导体11。即，优选热传导体11的接触部分的投影宽度小于电感器13的投影宽度。在此，所谓电感器13的“投影宽度”是指在电感器13的形成面上最外侧的绕组与最内侧的绕组之间的距离(Wl)。此外，所谓热传导体11的投影宽度是指在XY平面内与电感器13的绕组的方向垂直的方向上的热传导体11的宽度(W2)。热传导体11中流过的感应电流的量依赖于热传导体11的投影宽度。热传导体11的投影宽度相对于电感器13的投影宽度越大，则越容易受到由电感器13产生的磁场的影响，感应电流的量变多。其结果传输效率下降。相反，由于投影宽度越小，则热传导体11与电感器13的接触部分越少，因此能够散热的热量减少。因而，热传导体11的投影宽度在考虑所要求的传输效率、散热量的情况下设计成适当的值。
此外，如图4A所示，优选本实施方式中的热传导体11被配置成与设置了电感器 13的绕组的部分的中央附近接触。再者，降低电流密度及磁场密度集中的螺旋的内侧部分的布线电阻，与降低螺旋的外侧部分的布线电阻相比，更有助于改善谐振器的Q值。因此， 也可以将热传导体11配置成与设置了电感器13的绕组的部分的中央靠外侧以热量方式接触。
优选在热传导体11的导电路径上的分离部18设置在电感器13的螺旋形状内的情况下，分离部18配置在绕组的弯曲部的附近。图4B是表示分离部18被配置在绕组的弯曲部附近的例子的图。由于在绕组的弯曲部分附近所产生的磁场的密度大于在绕组的直线部分附近所产生的磁场的密度，因此当在弯曲部分附近配置了热传导体11的导电部分时， 会流过更多的感应电流。其结果能量·损耗变大。因此，优选分离部18设置在弯曲部分附近， 而不是设置在绕组的直线部分附近。
图4C是表示热传导体11、电绝缘体12及电感器13在Z轴方向上的位置关系的配置图。该图中示出电感器13由在Z轴方向上具有规定的间隔的2层绕组构成的构造。如图4C所示，在电感器13具有由多层绕组构成的构造时，优选热传导体11在Z轴方向上配置在电感器13的绕组的内部。通过这样配置热传导体11，能够将电感器13所产生的热量有效地传送至冷却部16。在采用这种的配置时，为了维持电感器13的绕组与热传导体11 之间的绝缘性，在Z轴方向上在电感器13的绕组与热传导体11之间配置电绝缘体12。优选电绝缘体12的厚度按照能够保持绝缘性的水平尽量设定得较薄。再者，图4C中示出了电感器13由2层绕组构成时的例子，但是在电感器13由3层以上绕组构成时也同样地，优选在Z轴方向上在绕组之间配置电绝缘体12。
如上述，优选热传导体11在与电感器13的接触部分无论在XY方向上还是在Z方向上都设置在由电感器13的绕组(电感器13的轮廓)所形成的区域的内部。这样配置热传导体11，能够使得热传导体11与电感器13的接触部分的范围变宽，因此能够提高散热效果O
根据本实施方式中的散热构造111，能够有效地使电感器13散热，并且能够抑制传输效率的下降。若在电力传输时在电感器13中流过电流,贝U会产生由电感器13自身具有的直流电阻成分所引起的焦耳热量。由于焦耳热量是在形成电感器13的绕组中产生，因此在多个绕组卷绕成螺旋状的电感器中使内部产生的热量有效地传导至外部在提高散热效率方面是很重要的。本实施方式中的热传导体11具有高的热传导率，且配置在由电感器 13的轮廓所形成的区域的内部，由此能够将电感器13所产生的焦耳热量有效地传送至冷却部16。此外，由于在热传导体11的分离部18处电流路径被分离，因此热传导体11中产生的感应电流难以流动。作为结果，由热传导体11引起的能量损耗变少，能够防止传输效率的下降。
以上，说明了散热构造111被搭载于受电装置140时的实施方式。本实施方式中的散热构造111并不限于受电装置140，在具备用于向受电装置140送电的送电天线107的送电装置120中也完全能够同样地适用，并且其效果不变。
(实施方式2)
接下来，参照图5及图6来说明本发明的第2实施方式。本实施方式也与实施方式I同样涉及受电装置140。本实施方式中的受电装置140的电感器13及散热构造111不同于实施方式I的受电装置140，其他的构成要素基本上相同。因此，仅说明与实施方式I 的受电装置140的不同点，重复的部分省略说明。再者，本实施方式中的散热构造111也不仅能够用于受电装置140，在具备送电天线107的送电装置120中也完全能够同样地利用。
图5是示意地表示本实施方式中的受电侧谐振器的示意构成的图。本实施方式中的热传导体11具有中空的管状的形状，在内部封入冷媒43。此外，本实施方式中的电感器 13具有由电绝缘体12覆盖周围的多个导线卷绕于热传导体11的周围的构造。构成电感器13的各导线与电容元件14及内部电路15连接。此外，热传导体11的端部与远离电感器的冷却部16连接。
本实施方式中的散热构造111可利用例如热导管(heat pipe)来实现。以下，说明使用热导管时的例子。
热导管具有内部的冷媒通过两端产生的温度差而独立地循环的构造。热导管的热传导率高，例如达到铜线的热传导率的约100倍。在本实施方式中，由于电感器13中流过电流时的电感器13侧的温度与冷却部16侧的温度之差，使得冷媒43在电感器13与冷却部16之间振动循环。由此，能够有效地去除由电感器13产生的热量。这样，由热传导性比实施方式I中的热传导体11还高的热导管等材料形成热传导体11，能够使传送相同热量所需的热传导体11的厚度变得更细。其结果能够减小在与电感器13中流过的电流的方向垂直的平面切断了热传导体11及电感器13的截面处的、热传导体11的截面面积相对于电感器13的截面面积的比例。其结果由于热传导体11中流过的感应电流变少，因此能够进一步抑制传输效率的下降。
在本实施方式中，在热传导体11的导电路径上形成分离部时，既可以如图5所示那样设置在电感器13的外部的冷却部16侧，也可以设置在由电感器13的轮廓所规定的区域的内部。优选在电感器13的外部及内部双方设置分离部。
在将分离部设置在冷却部16内的情况下，热导管按照终端彼此在电气上不短路的方式与冷却部16连接。热导管优选与冷却部16内部的散热式散热片构造44连接。通过散热式散热片构造44能够有效地将从电感器13传送至热导管的终端部的热量放出至外部。再者，冷却部16的构成并不限于上述内容，可以采用公知的任何方式。
图5中为了简单而将与冷却部16连接的热导管的终端部表示得较短，但是优选与冷却部16连接的热导管的终端部的长度尽可能较长。为了尽可能降低热导管终端部的温度，按照能够确保与从电感器13经由热传导体11传导来的热量相应的散热量的方式来构成散热构造111。
图6是表示在由电感器13的导线所形成的区域内部设置分离部时、图5的A-A' 线处的截面的一部分的图。如图6(a)所示，通过分离热导管(热传导体11及冷媒43)的一部分，并利用具有热传导性的电绝缘性材料51掩埋被分离的部分之间的区域，由此能够减少热传导体11中流动的感应电流。此外，如图6(b)所示，也可以采用如下构造，即在导电路径的中途分离热传导体11，使用由具有热传导性的电绝缘性材料51所形成的管来中继被分离的部分。
作为具有热传导性的电绝缘性材料51，为了防止冷媒泄漏优选使用因温度引起的膨胀率等特性接近于热导管的材料。此外，优选由绝缘性的树脂材料进行密封以防止冷媒泄漏。作为电绝缘性材料51，只要材料特性合适即可，可以采用与电绝缘体12相同的材料。
再者，本实施方式中的散热构造111可以不使用热导管来构成。例如，也可以采用下述构成，即使用具有由热传导性高的导电性材料形成的管状的构造的热传导体11， 使得冷却用的冷媒43在管构造的内部与冷却部16之间循环。作为冷媒43，可采用例如聚 α -烯烃或者氟酸盐等的高介电常数材料。由于高介电常数材料的电阻高，因此能够抑制因磁场而在冷媒43中产生感应电流、以及不必要的导电接触。
冷却部16也可以具有例如电磁泵，通过使冷媒43强制循环来冷却电感器13。在这种构成中，由于冷媒43是动态地循环，因此能够进一步增加热传导体11的每单位时间、 单位体积的传导热量。因而，与使用热导管的构成相比，能够进一步抑制传输效率的下降。
(实施例)
以下，说明本发明的实施例。
为了实际证明本发明的有益效果，基于图3所示的谐振器的构成来分析散热效果。本实施例中的送电天线的电感器是外径为75mm、内径为45mm、绕组宽度为2mm、绕组厚度为O. 5_、绕组间隔为3_、最大卷绕数为4的正方形形状的螺旋电感器。此外，作为送电天线的电容元件，采用了被设定成送电天线的谐振频率为2MHz的、并联连接了 3. 838nF的电容元件而成的构成。
作为受电天线的电感器，采用了外径为75mm、内径为45mm、绕组宽度为2mm、绕组厚度为O. 5_、绕组间隔为3_、最大卷绕数为4(螺旋部分的宽度为17mm)的正方形形状的螺旋电感器在螺旋形成面的垂直方向上以O. 9mm的间隔并联连接而成的构成。再有，在并联连接的2层的电感器的中间位置配置了内径为50mm、宽度为4mm、厚度为O. 5mm的热传导体。作为螺旋电感器的布线及热传导体的材料而使用了铜。
再者，在本实施例中，作为具有热传导性的电绝缘体12，为了简单而使用了空气。 这是因为，在比较基于电感器13所产生的磁场耦合的传输效率方面，即便使用空气对于特性方面也不会有大的影响。
作为实施例，将分离部的宽度设为5_，改变热传导体11中的分离部18的位置及个数来测量了传输效率。将送电/受电天线的输入输出端子与网络分析器连接，以小信号输入条件来测量通过/反射特性，并在设定为使天线间的传输效率最大化的最佳阻抗的情况下，测量传输效率。再者，为了比较，也测量在热传导体11中没有设置分离部18的构成、 以及没有设置热传导体11自身的构成中的传输效率。
以下的表I中示出传输效率的比较结果。此外，各情况下的被设定成谐振频率为 2MHZ的电容元件的容量也与传输效率一并示出。
[表I]
如表I所示，通过在热传导体11设置分离部，与没有分离部的情况相比，大幅改善
权利要求
1.一种送受电装置，在经由谐振磁场以无线方式传输电力的无线电力传输系统中进行送电及受电的至少一方，其中所述送受电装置具备 天线，其具有电感器；和 散热构造，其具有导电性热传导体，该导电性热传导体的一部分经由电绝缘体而与所述电感器以热量方式接触，即该导电性热传导体构成为在电气上没有形成闭合的环路。
2.根据权利要求1所述的送受电装置，其中， 所述天线的谐振频率被设定为与和所述天线进行电力传输的其他天线的谐振频率一致。
3.根据权利要求1或2所述的送受电装置，其中， 所述导电性热传导体在电气上没有接地。
4.根据权利要求1至3任一项所述的送受电装置，其中， 所述导电性热传导体通过将由所述电感器产生的热量传送至远离所述电感器的位置来进行散热。
5.根据权利要求4所述的送受电装置，其中， 所述散热构造具有位于远离所述电感器的位置处的冷却部， 所述导电性热传导体通过将由所述电感器产生的热量传送至所述冷却部来进行散热。
6.根据权利要求1至5任一项所述的送受电装置，其中， 所述电感器由导线形成，该导线的至少一部分被所述电绝缘体覆盖，即该导线在所述导电性热传导体的至少一部分的周围卷绕成螺旋状。
7.根据权利要求1至6任一项所述的送受电装置，其中， 在所述电感器的形成面投影的、所述导电性热传导体中与所述电感器以热量方式接触的部分的宽度小于所述电感器的布线部分的宽度。
8.根据权利要求1至7任一项所述的送受电装置，其中， 所述导电性热传导体中与所述电感器以热量方式接触的部分的至少一部分包含在由所述电感器的轮廓所规定的区域的内部。
9.根据权利要求8所述的送受电装置，其中， 所述导电性热传导体在由所述电感器的轮廓所规定的区域的内部在电气上被分离。
10.根据权利要求1至9任一项所述的送受电装置，其中， 所述导电性热传导体在由所述电感器的轮廓所规定的区域的外部在电气上被分离。
11.根据权利要求1至10任一项所述的送受电装置，其中， 所述导电性热传导体具有中空的管状的构造、且至少一部分在电气上被分离。
12.根据权利要求11所述的送受电装置，其中， 所述导电性热传导体中在电气上被分离的部分通过由电绝缘性材料形成的管来进行中继。
13.根据权利要求11或12所述的送受电装置，其中， 在所述导电性热传导体的内部封入了冷媒。
14.根据权利要求9至13任一项所述的送受电装置，其中， 所述导电性热传导体中在电气上被分离的部分与所述电感器的进行了弯曲的部分接近。
15.根据权利要求1至14任一项所述的送受电装置，其中， 所述导电性热传导体中与所述电感器以热量方式接触的部分较之形成有所述电感器的绕组的部分的中央更接近于外侧地配置。
16.—种无线电力传输系统,经由谐振磁场以无线方式传输电力，其中所述无线电力传输系统具备 送电部，其具有送出RF能量的送电天线； 受电部，其具有接受所述RF能量的至少一部分的受电天线；和散热构造，其具有导电性热传导体，该导电性热传导体的一部分经由电绝缘体而与所述送电天线及所述受电天线的至少一方的电感器以热量方式接触，即该导电性热传导体构成为在电气上没有形成闭合的环路。
17.根据权利要求16所述的无线电力传输系统，其中， 所述送电天线的谐振频率与所述受电天线的谐振频率被设定为一致。
全文摘要
本发明提供一种具备散热构造的无线电力传输系统及送受电装置。该无线电力传输系统及送受电装置具备谐振器(天线)(109)和散热构造(111)。散热构造(111)具有导电性的热传导体(11)，热传导体(11)经由电绝缘体(12)而与天线(109)的电感器(13)以热量方式接触。热传导体(11)构成为没有形成电气上的闭环。
文档编号H02J17/00GK103026436SQ20118001125
公开日2013年4月3日 申请日期2011年6月28日 优先权日2010年6月30日
发明者山本浩司, 菅野浩 申请人:松下电器产业株式会社