专利名称：共振器和无线电力传输设备的制作方法
技术领域：
在此所述的实施方式总体上涉及共振器和无线电力传输设备，尤其涉及利用例如磁性线圈的共振器和利用所述共振器的无线电力传输设备。
背景技术：
在传统的电力传输设备中，为了加强抵抗初级侧线圈和次级侧线圈的左右方向上的位置偏移，以面对面的关系布置初级和次级侧共振器，其中，初级和次级侧共振器是用线圈缠绕的基本上扁平的磁芯。然而，由于磁芯的扁平表面的放大面积，出现了重量增加的问题。为了避免关于重量的缺陷，在传统的无线电力传输设备中，为了减小重量，各个线圈的磁芯涉及使用按一定间隔放置的多个磁芯，而且初级侧和次级侧是以面对面的关系设置的。用于补偿磁芯到磁芯间隙的磁力线是从缠绕有线圈的多个磁芯输出的，而且因此初级侧磁芯和次级侧磁芯被配置成充当具有放大尺寸的磁芯，在其尺寸当中包括磁芯到磁芯间隙。然而，在所述多个磁芯当中，磁通量在左右两端都大部分集中在磁芯的被线圈缠绕的部分上。由此，划分成多个磁芯可能造成磁芯截面积减小、集中程度下降和磁芯损耗增加的问题。出于以下将要说明的原因，磁芯损耗增加。通常，磁芯损耗，S卩，在AC磁场中利用磁性体作为磁芯的情况下的损耗被分成滞后损耗、涡流损耗和其它残余损耗。根据Steinmetz的经验公式，如果磁通量密度B在大约
0.1-1特斯拉的范围内，那么滞后损耗与磁通量密度B的1.6次方成比例。另外，涡流损耗与磁通量密度B的2次方成比例。附带地，在大约MHz或者更高的频率，已知其它残余损耗增大。相应地，在利用例如IMHz或更低频率的情况下，其它残余损耗可被近似成比滞后损耗和涡流损耗小得多。在这种情况下，例如，如果磁芯的截面积减半并且如果近似成通过该磁芯的磁通量没有变化，那么磁通量密度增加成两倍，而且由此每单位截面积的磁芯损耗增加到大约
2.56倍到4倍。甚至当关于整个磁芯的磁芯损耗考虑时，并且如果磁芯的截面积减半，也可以假设磁芯损耗增加到大约1.28倍到2倍。考虑当在多个磁芯中磁通量大部分集中在左右两侧磁芯被线圈缠绕的部分上时所产生的效果，预测磁芯损耗将进一步增加。此外，如果增加的磁通量密度达到一个高到足以造成磁性体磁饱和的值，那么问题就是磁性体的效果突然消失并且共振器的电感急剧减小。另外，如果线圈一直缠到邻近磁芯上端和下端的部分，那么，由于抗磁性，等效磁导率在临近上端和下端的位置会有很大程度的减小，并因此存在线圈的电感难以上升的问题。而且，采取面对面关系的磁芯块中没有绕组缠绕的部分被缩短，由此存在磁通环的路径被缩短从而减小耦合的问题。另一方面，在另一种传统的无线电力传输设备中，线圈块是按H形状布置的，以便提高初级侧线圈和次级侧线圈之间的耦合系数。然而，在这种情况下，线圈块的面积增加了，导致重量增加的问题。因此，传统的无线电力传输设备具有由于使用基本上扁的磁芯而使得缠绕有线圈的共振器的重量变重的问题。此外，如果为了减小重量而使用以一定间隔放置的多个磁芯，那么磁通量大部分集中在磁芯中左右两端缠绕有线圈的部分上，由此存在集中度下降和磁芯损耗上升的问题。而且，在把线圈一直缠到临近磁芯上端和下端的部分的情况下，由于抗磁性，等效磁导率在临近上端和下端的位置有很大程度的减小，并因此存在线圈电感难以上升的问题。还给出了其它问题，例如减小设备的尺寸、降低损耗、减小设备的厚度、减小整个设备的重量、简化热辐射机制、增加电力和减小损耗。
发明内容
根据第一方面，提供了一种共振器，包括:磁芯，包括第一磁芯块和第二磁芯块，第二磁芯块距离第一磁芯块一定间隔放置；以及线圈，在第一和第二磁芯块的横向方向上缠绕在所述磁芯上，其中，第一磁芯块包括第一部分和沿第一磁芯块的纵向方向在第一部分的侧面上的第二部分，以及，在与第一磁芯块的纵向方向正交的方向上，第一部分的截面积大于第二部分的每个截面积，其中，第二磁芯块包括第三部分和沿第二磁芯块的纵向方向在第三部分的侧面上的第四部分，以及，在与第二磁芯块的纵向方向正交的方向上，第三部分的截面积大于第四部分的每个截面积，以及其中，所述线圈被缠绕在第一磁芯块的第一部分和第二磁芯块的第三部分上。根据第二方面，提供了一种共振器，包括:磁芯；以及在第一方向上缠绕在所述磁芯上的线圈，其中，所述磁芯包括线圈缠绕在其上的第一部分、第二部分和第三部分，在第一部分的一个边缘，第二部分沿与第一方向不同的第二方向跨第一部分彼此面对，在第一部分的其它边缘，第三部分沿第二方向跨第一部分彼此面对，第一部分在第一方向上的截面积大于第二部分在第一方向上的每个截面积，而且大于第三部分在第一方向上的每个截面积。根据第三方面，提供了一种无线电力传输设备，包括:根据上述第一方面的初级侧共振器，被配置成从外部电力发送电路接收交流信号并且生成对应于所述交流信号的磁场；以及根据上述第一方面的次级侧共振器，被配置成与初级侧共振器以面对面的关系放置并且通过与初级侧共振器的磁耦合来接收所述交流信号。
图1说明了根据第一种实施方式的共振器。图2示出了在把图1中说明的共振器应用到无线电力传输设备的初级侧共振器和次级侧共振器的情况下的布局的例子。图3示出了利用图1中说明的共振器的无线电力传输设备的框图。图4说明了减小磁芯块上端和下端厚度的配置。图5示出了在把图4中的共振器应用到初级侧共振器和次级侧共振器的情况下的布局。图6示出了其中与其它部分相比，线圈缠绕部分的宽度在线圈的左右侧向外放大的例子。图7示出了其中与其它部分相比，线圈缠绕部分的宽度在线圈的左右侧都放大的例子。图8示出了其中线圈缠绕部分在左右侧向内放大，而没有线圈缠绕的部分的宽度以锥形形状朝向上端和下端逐步变窄的例子。图9示出了其中线圈缠绕的部分在线圈的左右侧向外放大，而没有线圈缠绕的部分的宽度以锥形形状朝向上端和下端逐步变窄的例子。图10示出了其中线圈缠绕的部分在线圈的左右侧都放大，而没有线圈缠绕的部分的宽度以锥形形状朝向上端和下端逐步变窄的例子。图11说明了其中与其它部分相比，线圈缠绕部分的厚度以两阶逐步改变的例子。图12说明了其中与其它部分相比，线圈缠绕部分的厚度以三阶逐步改变的例子。图13说明了在与其它部分相比以三阶逐步改变线圈缠绕部分的厚度的情况下，关于上部和下部不对称地对配置进行改变的例子。图14示出了设置多个用线圈缠绕的位置的配置的例子。图15示出了一个例子，其中按锥形形状改变没有用线圈缠绕的向外部分的宽度，以便在左右磁芯块中朝向磁芯块的上端和下端逐步变窄。图16说明了把线圈缠绕部分集中在中心部分处具有指定长度的部分上的例子。图17示出了把鳍片添加到左右磁芯块的例子。图18示出了在与图17不同的方向上添加鳍片的例子。图19说明了把线圈缠绕部分集中在中心部分处具有指定长度的部分上并且在厚度方向上改变形状的配置的例子。图20说明了把线圈缠绕部分集中在中心部分处具有指定长度的部分上并且在厚度方向上改变形状的配置的另一个例子。图21示出了基于图19中的配置的耦合系数的增加效果。图22示出了基于图20中的配置的耦合系数的增加效果。图23示出了其中线圈截面是椭圆形的例子。图24示出了在线圈呈现最大曲率的部分放置磁芯块的例子。图25是由于添加第三磁芯块的电抗增加效果的第一解释图。图26是由于添加第三磁芯块的电抗增加效果的第二解释图。图27是由于添加第三磁芯块的电抗增加效果的第三解释图。图28示出了添加第三磁芯块的配置的例子。图29不出了当添加第三磁芯块时的磁场强度分布图。图30示出了集成各个磁芯块的具有宽截面积的部分的例子。图31示出了集成各个磁芯块的具有宽截面积的部分的另一个例子。图32示出了共振器的尺寸的一个例子。图33示出了初级和次级侧共振器的位置偏移与耦合系数k之间的关系的图。图34不出了拉长磁芯块的例子。图35示出了在图34的配置的情况下，初级和次级侧共振器位置偏移与耦合系数之间的关系的图。
图36示出了取不同值作为两个磁芯块的长度的例子。图37示出了在图36的配置的情况下，初级和次级侧共振器位置偏移与耦合系数之间的关系的图。图38示出了把鳍片添加到总长度较短的磁芯块的例子。图39示出了把鳍片添加到总长度较短的磁芯块的另一个例子。图40示出了把彼此不同的值设置为三个磁芯块当中的至少两个磁芯块的总长度的第一个例子。图41示出了把彼此不同的值设置为三个磁芯块当中的至少两个磁芯块的总长度的第二个例子。图42示出了把彼此不同的值设置为三个磁芯块当中的至少两个磁芯块的总长度的第三个例子。图43说明了两个磁芯块之间的距离如何改变。图44说明了当改变两个磁芯块之间的距离时的电感波动的图。图45示出了在使用传统共振器的情况下磁芯块内部的磁通量密度分布图。图46示出了在使用图1中所说明的共振器的情况下磁芯块内部的磁通量密度分布图。图47示出了在使用图28中所说明的共振器的情况下磁芯块内部的磁通量密度分布图。
具体实施例方式
根据一种实施方式，提供了 一种包括磁芯和线圈的共振器。所述磁芯包括第一磁芯块和第二磁芯块。第二磁芯块距离第一磁芯块一定间隔放置。线圈在第一和第二磁芯块的横向方向上被缠绕在磁芯上。第一磁芯块包括第一部分和沿第一磁芯块的纵向方向在第一部分的侧面上的第二部分。在与第一磁芯块的纵向方向正交的方向上，第一部分的截面积大于第二部分的每个截面积。第二磁芯块包括第三部分和沿第二磁芯块的纵向方向在第三部分的侧面上的第四部分。在与第二磁芯块的纵向方向正交的方向上，第三部分的截面积大于第四部分的每个截面积。线圈被缠绕在第一磁芯块的第一部分和第二磁芯块的第三部分上。下文中，将参考附图具体描述实施方式。图1说明了第一种实施方式中的用于无线电力传输设备的共振器。图1(A)是顶视图；图1(B)是沿纸面从下面看时的侧视图；而图1(C)是沿所述纸面从右侧看时的侧视图。这种共振器包括线圈11和包括磁芯块12、13的磁芯。线圈11是整体上扁的线圈并且具有包括曲率大于其它部分的曲率的两个部分的侧截面。磁力线集中在具有较大曲率的部分上，并且在图1中，具有较大曲率的这两个部分位于左右两端。至少两块磁芯块(即磁芯块(第一磁芯块)12和另一个磁芯块(第二磁芯块)13)放置成在线圈11内部穿过。线圈11在磁芯块12、13的横向方向上被缠绕在磁芯上。使得磁芯块12、13在线圈11的内部最接近左右两端。磁芯块12包括第一部分12A和沿磁芯块12的纵向方向在第一部分12A的两端提供的第二部分12B、12B。在与该纵向方向正交的方向上,第一部分12A的截面积大于第二部分12B的截面积。应当注意，所述纵向方向与线圈的孔穿过的方向一致。磁芯块13包括第三部分13A和沿磁芯块13的纵向方向在第三部分13A的两端提供的第四部分13B、13B。在与该纵向方向正交的方向上，第三部分13A的截面积大于第四部分13B的截面积。线圈11被缠绕在每个具有大截面积的部分上，即，被缠绕在第一部分12A和第三部分13A上。磁芯块12、13中的每一个的厚度是固定的，并且第一部分12A和第三部分13A中的每一个的宽度LA被设置成大于第二部分12B和第四部分13B中的每一个的宽度LB。即，截面积是通过在固定厚度的同时放大宽度来扩大的。厚度是固定的，由此使得磁芯块的厚度能够统一并且使得共振器能够变薄。通过这样配置共振器，放大了磁通量大部分集中在其上的线圈缠绕部分的截面积，磁芯损耗被降低，并且除线圈缠绕部分以外的磁性体的量被大大减少，由此使得重量能够被减小。图44关于图43中所说明的扁共振器示出了指示当改变两个磁芯块62、63之间的距离时电感的波动的图。因为当位于左右两端时(这对应于图中的最右侧)，磁性体施加大的影响，所以能够获得较大的电感值。图2是绘出在图1中所说明的共振器应用到无线电力传输设备的初级侧共振器21和次级侧共振器22的情况下的布局例子的侧视图。初级侧共振器和次级侧共振器是以面对面的关系放置的。具有垂直面对面关系的磁芯块中没有绕组的部分变得比现有技术的一个例子(从上端附近到下端附近用线圈缠绕的磁芯)中的更长，并由此能够确保磁通环的更长路径，以使得垂直耦合能够被增加。另外，与现有技术的这个例子相比，在本实施方式中，用线圈缠绕的部分集中在中心部分。特别地，从线圈缠绕部分的上端延伸到线圈缠绕部分的下端的长度被设置成等于或者小于磁芯块的长度L_C0re的1/3。通常，在用于磁路径不像图2中的两个共振器的磁芯块中那样闭合的状态的情况下(为了给出一个可以比较的例子，例如，通过一个变压器的例子，磁芯采取环形，而且，在这种情况下，可以说磁路径是闭合的)，由于抗磁性的影响，当它关于磁芯的长度方向离开中心时，呈现出实际效果的等效磁导率逆着由磁性体保留的主磁导率大大地减小。如在所给出的工作示例中，线圈被缠绕在更靠近中心的部分上，等效磁导率变得甚至更大，因此，在布线具有相同长度的线圈时，产生仍然能够获得较高电感值的效果。即，增大共振器之间的耦合并且抑制线圈缠绕部分的等效磁导率由于抗磁性而减小是可行的。图3示出了第一种实施方式中的无线电力传输设备的框图，该设备使用图1中说明的共振器。电力发送电路31向初级侧共振器32提供其频率使得能够有效发送的电力信号。由于初级侧共振器32和次级侧共振器33之间的耦合，该电力信号被无线地发送。次级侧共振器33所接收的电力信号被发送给电力接收电路34。注意，当需要的时候，电力发送电路31的控制单元和电力接收电路34的控制单元通过使用电力发送电路31和电力接收电路34之间的无线信号相互执行通信，由此开始、完成和停止电力的发送和接收并且改变电力传输的电能。如图4中所绘出的，还可以考虑通过减小左右磁芯块的上端41、43和下端42、44的厚度来减小重量。图4(A)是顶视图；图4(B)是沿纸面从下面看时的侧视图；而图4(C)是沿所述纸面从右侧看时的侧视图。图5说明了其中图4中所说明的共振器被应用于初级侧共振器51和次级侧共振器52的情况的布局。如在图5中，共振器之间磁通量的耦合发生在磁芯块的上端和下端，并且由此那里的磁芯内磁通量的密度与中心部分相比减小了，而且，甚至当减小厚度时，造成磁饱和的可能性也很小。附带地，如图5中所示，还可以考虑通过以关于上部和下部不对称地减小厚度以使得磁芯的上端和下端彼此靠近的方式，按面对面的关系放置两个共振器，来进一步增强共振器之间的耦合。注意，在左右磁芯块的配置中把线圈缠绕部分的宽度设置得比其它部分的宽度大的情况下，除图1的配置之外，图6和7中所绘出的配置也被认为是可用的。在图6中，线圈缠绕的部分61、62的每一个的宽度都被设置成在线圈的左右侧向外比其它部分的宽度大。在图7中，线圈缠绕的部分71、72的每一个的宽度都被设置成在线圈的左右侧都比其它部分的宽度大。另外，如在图8中，线圈缠绕部分81、82可在左右侧向内放大，而没有线圈缠绕的部分83、84的宽度可以按锥形形状朝向上端和下端逐步变窄。可选地，如在图9中，线圈缠绕部分91、92可在线圈的左右侧向外放大，而没有线圈缠绕的部分93、94的宽度可以按锥形形状朝向上端和下端逐步变窄。还有可选地，如在图10中，线圈缠绕部分101、102可在线圈的左右侧都放大，而没有线圈缠绕的部分103、104的宽度可以按锥形形状朝向上端和下端逐步变窄。在图8-10所说明的例子中，根据制造环境等，也可以考虑锥形曲线采取其它形状。注意，在左右磁芯块的配置中，线圈缠绕部分的厚度大于其它部分的厚度，可以认为由此扩大了磁通量大部分集中在其上的部分的截面积。图11-13说明了这些例子。图11说明了其中与其它部分113、114相比，线圈缠绕部分111、112的厚度以两阶逐步改变的例子。图12绘出了其中与其它部分123、124相比，线圈缠绕部分121、122的厚度以三阶逐步改变的例子。图13说明了在与其它部分133、134相比以三阶逐步改变线圈缠绕部分131、132的厚度的情况下，关于上部和下部不对称地改变配置的例子。当然，如图4中所示，对锥形形状进行改变不会造成任何不便。而且，在使大电力流动的情况下，如在图14中，可以考虑通过提供用线圈缠绕的多个位置(部分)来分散其中温度升高的位置(部分)。而且，在这种情况下，如图14中所绘出的，在左右磁芯块的配置中，线圈缠绕部分141、142的宽度设置得比其它部分143、144的宽度大。通过这种设计，放大了磁通量大部分集中在其上面的部分的截面积，磁芯损耗降低了，而且除线圈缠绕部分之外的磁性体的量减少了，由此使得重量减小。注意，线圈缠绕部分之间的部分是磁通量大部分集中在其上面的部分，而且因此其截面积也类似于线圈缠绕部分一样米用宽的。如在图15中，在左右磁芯块中，可以考虑没有用线圈缠绕的向外部分151、152的宽度按锥形形状变化，以便朝向磁芯块的上端和下端逐步变窄。另外，如在图16中，同样是在提供用线圈缠绕的位置的情况下，线圈缠绕部分可以集中在中心部分，使得从线圈缠绕部分的上端延伸到线圈缠绕部分的下端的长度被设置成等于或者小于磁芯块长度L_C0re的1/3。通过这种设计，类似于图2中的工作示例，等效磁导率变得更大，而且因此在缠饶具有相同长度的线圈的情况下获得仍然较高电感是可行的。此外，如图17中所说明的，还可以考虑通过把鳍片(扩展部分)171、172添加到左右磁芯块来改变磁芯的配置，而且通过进一步拉长采取面对面关系的磁芯块中的没有绕组的部分来确保磁通环的路径更长，由此进一步增加以面对面关系设置的共振器之间的耦合系数。注意，鳍片添加模式不限于图17中的模式，而且，如在图18中所绘出的，鳍片181、182可以在与图17中不同的方向上添加。而且，图19和20示出了其中关于图1工作示例中的左右磁芯块，形状在厚度方向上改变并被保持，使得从线圈缠绕部分的上端延伸到线圈缠绕部分的下端的长度被设置成等于或者小于磁芯块长度L_C0re的1/3的配置的例子。对于这种配置，如图21和22中所绘出的，还可以考虑减小形成两个共振器的磁芯块的有些部分之间的距离并且进一步增加上端和下端共振器的耦合系数。图20中的配置也可被看作在与图17或18中的方向(宽度方向)不同的方向(厚度方向)上添加鳍片(扩展部分)的配置。注意，即使当线圈231的截面整体上不是扁的而是椭圆的时，如图23中那样，也可以考虑在这两个部分放置磁芯块232、232，因为椭圆包括每个都呈现大曲率的至少两个部分。可选地，如在图24中那样，可以考虑线圈241具有部分241A，其挠曲角小于其它两个具有大曲率的部分241B中的每一个的挠曲角，在这种情况下，磁芯块被放到每个都具有小挠曲角的两个部分241A。而且，磁芯块被添加到在线圈的左右方向上包括中心的部分的这种配置也是可用的。图28示出了这种情况下的配置的例子。如在图1的工作示例中，除了在线圈左右方向上放在两端的磁芯块281、282，磁芯块(第三磁芯块)283被添加到线圈的中心附近。磁芯块283包括第五部分283A和沿磁芯块283的纵向方向在其两端提供的第六部分283B、283B。在与该纵向方向正交的方向上，第五部分283A的截面积大于第六部分283B的截面积。线圈缠在具有较大截面积的第五部分283A上。注意，上述鳍片(扩展部分)也可被添加到各个第六部分283B的末端部分。下文中给出的是对磁芯块283的线圈缠绕部分的截面积被设置成比其它部分宽的设计的描述，这类似于磁芯块281、282。例如，根据计算，图25中所说明的线圈251的线圈电抗值是23 μ H，只在线圈251的两端提供了磁芯块252、253，在这种情况下，假设图26中所示的附加杆状磁芯块261关于位于横向末端的磁芯块253以并排关系放置。在这种情况下，电抗值是26.5 μ H,而且，相反，如果杆状磁芯块261被添加到线圈251的中间，像图27中那样，那么电抗值达到29.4 μ Ho
相应地，关于图27中的共振器，按与第一种实施方式中所用的相同方式，以像图28中所示各个磁芯块281、282、283的形状，线圈缠绕部分的宽度被设置成进一步大于其它部分的宽度。通过这种设计，放大了磁通量大部分集中在其上面的部分的截面积和呈现出磁通量次最高集中的部分的截面积，磁芯损耗降低了，而且除这些部分之外的磁性体的量有很大程度的减少，因而使得重量能够减小。即，接着靠近左右两端的部分，第三磁芯块被放在包括对增加线圈电感呈现大效果的中心的部分，而且放大了第三磁芯块中磁通量大部分集中在其上面的部分的截面积，由此磁性损耗减小了，而且除这些部分之外的磁性体的量大大减少了，因而重量能够减小。附带地，作为对图28思想的附加，在附加地安装杆状磁芯块的情况下关于线圈的磁场分布图中，在紧靠形成线圈的线附近，磁场的强度增加了，如由图29中的计算结果所指示的。通过使用这一点，可以考虑磁芯块301、302紧靠线圈的线安装，如图30和31中那样。图30和31中的配置可以作为集成各个磁芯块中具有大截面积的部分的配置。即使当采取呈现小抗磁性效果的形状时，因为被放在具有强磁场的位置而且能够增加电抗值，所以这些紧靠线圈的线安装的磁芯块具有大的效果。另外，采取短形状的磁芯块被放在采取拉长形状的磁芯块附近，由此具有减轻磁通量在采取拉长形状的磁芯块中的集中以及降低磁饱和和磁芯损耗的效果。图45、46和47关于专利文档I中所公开的传统磁芯块、图1中所说明的第一种实施方式中的共振器和图28中所绘出的作为本发明实施方式的一个例子给出的共振器示出了磁性体内部的磁通量密度，这是通过数值计算而获得的。如上所述，如在图45中看到的，在传统的磁芯块中，在长侧方向上处于中心部分的线圈缠绕部分的磁通量密度在磁芯的整个宽度上上升。与此相反，在图1的共振器的情况下，如在图46中所说明的，尽管磁通量密度在某一个部分的局部凹陷点变大，然而在长侧方向上处于中心部分的线圈缠绕部分的磁通量密度减小。另外，在图28的共振器的情况下，如在图47中所说明的，尽管磁通量密度在某一个部分的局部凹陷点仍然变大，然而在长侧方向上处于中心部分的线圈缠绕部分的磁通量密度进一步减小。注意，如图46和47中看到的磁通量密度的局部上升被限制在某一个部分的狭窄区域而且不太大，由此这个部分的损耗占整个磁芯块的(总)损耗的比率极小。图32(A)示出了作为本发明所述实施方式的一个例子根据实验制造的共振器的尺寸。图32(B)示出了代表两个共振器之间的位置关系的侧视图。与绕组平行的方向被设置成X轴，而与其垂直的方向被设置成y轴。图33不出了当在X和y方向上偏移时测量率禹合系数的结果。线圈间效率取决于k和Q的乘积(kXQ)，而且，在使用Q=196的共振器的情况下，当耦合系数k>0.1时，获得例如线圈间效率>90%的关系。当粗略地把目标定在耦合系数k=0.1时，位置偏移的允许范围在X方向上多达420mm,在y方向上多达120_。在图32所示尺寸的情况下，1和7方向上的位置偏移的允许范围示出了不平衡的3倍或者更大差别。y方向上的位置偏移的允许范围小的原因是存在穿过次级侧线圈的磁通量的总和变成“O”的点。如图33中所说明的，当y方向上的位置偏移是200mm时，耦合系数由于磁通量的抵消而减小。这种减小等效于I方向尺寸的43%。耦合特性取决于共振器外部形状的尺寸。相应地，如由图34中的341所指示的，如果磁芯块在y方向上被拉长,如在图35中说明的，耦合系数减小的位置会偏移得更远。而且，如果位于左右两端的磁芯块361、362的长度L_core (如图36中那样)通过使用以上所述的属性被设置成不同值，那么，如在图37中所说明的，由于磁通量抵消而造成的耦合系数的减小根据对应于各自长度的位置偏移而发生。然而，可以认为其减小量能够被抑制。因此，可以认为耦合系数的大的减小能够在宽的位置偏移范围上被抑制。另外，如在图38中，例如，磁芯块的形状可以通过把鳍片392添加到具有短长度L_core的磁芯块381来改变，或者可选地，如在图39中，磁芯块的形状可以通过把鳍片393、394添加到左右磁芯块391、392来改变。由此，可以认为处于面对面关系的磁芯块中的没有线圈缠绕的部分被进一步拉长了，确保磁通环的路径更长，而且上部和下部共振器之间的耦合系数进一步增加。而且，如在图40、41、42中那样，第三磁芯块被放在线圈的左右方向上包括中心的部分，而且与在左右端提供的磁芯块组合的三个磁芯块的长度的至少两个被设置成彼此不同的值，由此可以获得与图37中所示相同的效果。如以上所讨论的，根据本发明的实施方式，提供能够减小共振器重量同时增加电力传输效率的无线电力传输设备是可行的。此外，还有可能提供具有轻重量并且通过降低磁芯损耗来呈现更高效率的无线电力传输设备。应当指出，到目前为止所讨论的实施方式已经描述了使用相同类型共振器作为初级侧共振器和次级侧共振器的配置，然而，利用不同类型共振器的配置当然也可以考虑。尽管已经描述了某些实施方式，然而这些实施方式仅仅是作为例子给出的，而不是要限制本发明的范围。实际上，在此所述的创新实施方式可以在许多其它形式中体现；此夕卜，在不背离本发明主旨的情况下，可以对在此所述实施方式的形式进行各种忽略、替换和改变。所附权利要求及其等价物是要覆盖属于本发明范围与主旨的此类形式或者修改。
权利要求
1.一种共振器，包括: 磁芯，包括第一磁芯块和第二磁芯块，第二磁芯块距离第一磁芯块一定间隔放置；以及 线圈，在第一和第二磁芯块的横向方向上缠绕在所述磁芯上， 其中，第一磁芯块包括第一部分和沿第一磁芯块的纵向方向在第一部分的侧面上的第二部分，以及，在与第一磁芯块的纵向方向正交的方向上，第一部分的截面积大于第二部分的每个截面积， 其中，第二磁芯块包括第三部分和沿第二磁芯块的纵向方向在第三部分的侧面上的第四部分，以及，在与第二磁芯块的纵向方向正交的方向上，第三部分的截面积大于第四部分的每个截面积，以及 其中，所述线圈被缠绕在第一磁芯块的第一部分和第二磁芯块的第三部分上。
2.如权利要求1所述的共振器，其中，在第一磁芯块的横向方向上，第一部分的宽度比第二部分的宽度宽，以及 在第二磁芯块的横向方向上，第三部分的宽度比第四部分的宽度宽。
3.如权利要求1所述的共振器，其中，所述线圈在与第一磁芯块和第二磁芯块相邻的位置的曲率大于在线圈的其它位置的曲率。
4.如权利要求1所述的共振器，其中，当第一磁芯块的第二部分在与第一部分相对的一侧靠近第二部分的末端时，第一磁芯块的第二部分具有更小的宽度或者厚度，以及 当第二磁芯块的第四部分在与第三部分相对的一侧靠近第四部分的末端时，第二磁芯块的第四部分具有更 小的宽度或者厚度。
5.如权利要求1所述的共振器，其中，第一磁芯块的第一部分和第二磁芯块的第三部分被形成为一体。
6.如权利要求1所述的共振器，其中，所述磁芯还包括第一磁芯块和第二磁芯块之间的第三磁芯块， 第三磁芯块包括第五部分和沿第三磁芯块的纵向方向在第五部分的侧面上的第六部分，以及，在与第三磁芯块的纵向方向正交的方向上，第五部分的截面积大于第六部分的每个截面积，以及 所述线圈被缠绕在第一磁芯块的第一部分、第二磁芯块的第三部分和第三磁芯块的第五部分上。
7.如权利要求6所述的共振器，其中，第一部分、第三部分和第五部分被形成为一体。
8.如权利要求1所述的共振器，其中，第一磁芯块包括宽度或厚度比第二部分的宽度或厚度大的第一扩展部分，以及第一扩展部分是在与第一部分相对的一侧在第二部分的末端提供的。
9.如权利要求1所述的共振器，其中，第二磁芯块包括宽度或厚度比第四部分的宽度或厚度大的第二扩展部分，以及第二扩展部分是在与第三部分相对的一侧在第四部分的末端提供的。
10.如权利要求6所述的共振器，其中，第三磁芯块包括宽度或厚度比第六部分的宽度或厚度大的第三扩展部分，以及第三扩展部分是在与第五部分相对的一侧在第六部分的末端提供的。
11.如权利要求1所述的共振器，其中，第一和第二磁芯块的线圈缠绕部分的每个长度等于或者小于第一和第二磁芯块的每一个的总长度L_core的1/3。
12.如权利要求1所述的共振器，其中， 第一磁芯块和第二磁芯块中的一个的总长度比第一磁芯块和第二磁芯块中的另一个的总长度短。
13.如权利要求8所述的共振器，其中， 第一磁芯块和第二磁 芯块中的一个的总长度比第一磁芯块和第二磁芯块中的另一个的总长度短。
14.如权利要求9所述的共振器，其中， 第一磁芯块和第二磁芯块中的一个的总长度比第一磁芯块和第二磁芯块中的另一个的总长度短。
15.如权利要求6所述的共振器，其中， 第一磁芯块、第二磁芯块和第三磁芯块中的两个中的一个的总长度比第一磁芯块、第二磁芯块和第三磁芯块中的两个中的另一个的总长度短。
16.如权利要求10所述的共振器，其中， 第一磁芯块、第二磁芯块和第三磁芯块中的两个中的一个的总长度比第一磁芯块、第二磁芯块和第三磁芯块中的两个的另一个的总长度短。
17.如权利要求1所述的共振器，进一步包括在第一和第二磁芯块的横向方向上缠绕在磁芯上的第一线圈，其中， 第一线圈被缠绕在第一磁芯块的第一部分上和第二磁芯块的第三部分上，以及 第一线圈被布置在与所述线圈隔开的位置。
18.如权利要求4所述的共振器,进一步包括在第一和第二磁芯块的横向方向上缠绕在磁芯上的第一线圈，其中， 第一线圈被缠绕在第一磁芯块的第一部分上和第二磁芯块的第三部分上，以及 第一线圈被布置在与所述线圈隔开的位置。
19.一种共振器,包括: 磁芯；以及 在第一方向上缠绕在所述磁芯上的线圈，其中， 所述磁芯包括线圈缠绕在其上的第一部分、第二部分和第三部分， 在第一部分的一个边缘，第二部分沿与第一方向不同的第二方向跨第一部分彼此面对， 在第一部分的其它边缘，第三部分沿第二方向跨第一部分彼此面对， 第一部分在第一方向上的截面积大于第二部分在第一方向上的每个截面积，而且大于第三部分在第一方向上的每个截面积。
20.一种无线电力传输设备,包括: 根据权利要求1的初级侧共振器，被配置成从外部电力发送电路接收交流信号并且生成对应于所述交流信号的磁场；以及 根据权利要求1的次级侧共振器，被配置成与初级侧共振器以面对面的关系放置并且通过与初级侧共振器的磁耦合来接收所述交流信号。
全文摘要
提供了共振器和无线电力传输设备，所述共振器包括磁芯和线圈，其中，磁芯包括第一磁芯块和第二磁芯块，线圈缠绕在磁芯上，第一磁芯块包括第一部分和第一部分的侧面上的第二部分，第一部分的截面积大于第二部分的每个截面积，第二磁芯块包括第三部分和沿其纵向方向在第三部分的侧面上的第四部分，第三部分的截面积大于第四部分的每个截面积，而且线圈缠绕在第一部分和第三部分上。
文档编号H02J17/00GK103107009SQ20121045365
公开日2013年5月15日 申请日期2012年11月13日 优先权日2011年11月15日
发明者司城徹, 山田亚希子, 尾林秀一 申请人:株式会社东芝