非接触供电装置以及转矩传感器的制造方法
【专利摘要】非接触供电装置具备：送电部，其具有第一天线线圈、振荡器及基于来自振荡器的信号使第一天线线圈生成交流磁场的驱动器；以及受电部，其具有与第一天线线圈磁耦合的第二天线线圈，第一天线线圈具备：多匝的谐振线圈，其卷绕成平面状；以及多匝的供电线圈，其在谐振线圈的外周侧以包围该谐振线圈的方式卷绕成平面状，并与谐振线圈磁耦合。
【专利说明】
非接触供电装置从及转矩传感器
技术领域
[0001 ]本发明设及非接触供电装置W及转矩传感器。
【背景技术】
[0002] W往，电动辅助自行车中，W非接触的方式对施加于自行车的曲柄轴的旋转转矩 进行检测，并利用马达的驱动力对脚踏的踏力进行辅助。作为检测旋转转矩的方法，例如公 知有如下磁致伸缩式转矩传感器:在曲柄轴的外周表面等形成赋予有磁各向异性的磁致伸 缩检测层，并在其外周空开一定的缝隙地配设有线圈（参照专利文献1)。
[0003] 并且，作为一般的对施加于旋转轴的转矩进行测量的方法，公知有利用应变仪测 量旋转轴的应变而对施加于旋转轴的转矩进行测量的应变传感器方式的转矩测量方法。
[0004] 现有技术文献
[0005] 专利文献
[0006] 专利文献1:日本特开平9-95289号公报
【发明内容】
[0007] 发明所要解决的课题
[000引使用应变仪的转矩传感器相比磁致伸缩式转矩传感器在小型化、高精度化、低成 本化的方面更优异。然而，在应变仪式转矩传感器的情况下，需要对安装于旋转轴的应变仪 供给电力，从而需要W无线的方式进行供电的非接触供电装置。并且，需要通过无线从设于 旋转轴的应变仪进行数据传输。
[0009] 另外，在进行无线供电的情况下，由于在电动辅助自行车的曲柄轴设置受电侧的 线圈，所W需要维持供电效率并且实现小型化。
[0010] 用于解决课题的方案
[0011] 根据本发明的方式，非接触供电装置具备:送电部，其具有第一天线线圈、振荡器 及基于来自振荡器的信号使第一天线线圈生成交流磁场的驱动器；W及受电部，其具有与 第一天线线圈磁禪合的第二天线线圈，第一天线线圈具备:多应的谐振线圈，其卷绕成平面 状；W及多应的供电线圈，其在谐振线圈的外周侧W包围该谐振线圈的方式卷绕成平面状， 并与谐振线圈磁禪合。
[0012] 发明的效果如下。
[0013] 根据本发明，可提供能够使构成送电部的天线线圈的供电线圈与谐振线圈的磁禪 合更强、小型且供电效率优异的非接触供电装置、W及具备该非接触供电装置的转矩传感 器。
【附图说明】
[0014] 图1是表示本发明的转矩传感器的一个实施方式的图。
[0015] 图2是表示转矩传感器的整体结构的立体图。
[0016] 图3是表示转矩传感器的安装构造的其它例子的图。
[0017] 图4是表示转矩传感器的电路结构的框图。
[0018] 图5是说明辅助控制部27与设于固定侧基板31的送电部410之间的数据传输动作 的图。
[0019] 图6是表示用于对外部噪声等的进入所导致的误动作进行抑制的固定侧基板31的 各端子处理的一个例子的图。
[0020] 图7是表示固定侧基板31的图。
[0021] 图8是表示旋转侧基板32的图。
[0022] 图9是表示作为送电侧线圈的供电线圈310aW及谐振线圈31化的详细结构的示意 图。
[0023] 图10是说明天线图案的配置的剖视图。
[0024] 图11是表示天线图案与传递特性(传输特性)的关系的图。
[0025] 图12是表示应变传感器部33的图。
[0026] 图13是说明柔性电缆332与旋转侧基板32的连接方式的图。
【具体实施方式】
[0027] W下，参照附图对用于实施本发明的方式进行说明。图1是表示本发明的转矩传感 器的一个实施方式的图，是表示搭载有转矩传感器的电动辅助自行车1的简要结构的图。 [00%]电动辅助自行车1在框架11的前部具备前轮12W及把手13,并在后部具备后轮14。 在具备鞍座15的座管16的下端，设有对轴承进行保持的中轴18。曲柄轴17由中轴18的轴承 支承。在曲柄轴17安装有牙盘19W及曲柄臂20,在曲柄臂20设有脚踏21。在牙盘19与设于后 轮14的链齿22之间挂绕有滚子链23。曲柄轴17的旋转通过滚子链23向作为驱动轮的后轮14 传递。
[0029] 另外，在电动辅助自行车1设有辅助用的马达24。通过由该马达24驱动设于曲柄轴 17的主动链齿25使之旋转，来减少脚踏21的踩踏力。如将在下文中说明那样，在电动辅助自 行车1，设有用于对作用于曲柄轴17的转矩进行测量的转矩传感器(未图示）。辅助控制部27 根据测量出的转矩来决定辅助量，从而与必要辅助量相应地驱动马达24。
[0030] 在座管16,安装有向马达24供给电力的电池26。在进行辅助控制的辅助控制部27 与马达24之间连接有供电用的电缆28。并且，在辅助控制部27与设于转矩传感器的旋转侧 基板(虽未图示但将会在下文中进行详细说明）之间连接有用于供电和数据信号传递的电 缆29。
[0031] 图2是表示转矩传感器的整体结构的立体图。转矩传感器30具备固定于中轴18的 固定侧基板31、固定于曲柄轴17且与曲柄轴17-体旋转的旋转侧基板32W及应变传感器部 33。在中轴18设有对曲柄轴17进行支承的轴承(未图示）。大致环状的固定侧基板31经由隔 离物34而螺纹固定于中轴18。曲柄轴17经由缝隙地贯通插入于固定侧基板31的贯通孔311。 大致环状的旋转侧基板32固定于曲柄轴17的外周面。对于旋转侧基板32的固定方法而言， 例如也可W将基板支架固定于曲柄轴17,并在该基板支架固定旋转侧基板32。
[0032] 旋转侧基板32W基板面相对于曲柄轴17大致垂直的方式固定于曲柄轴17。固定侧 基板31和旋转侧基板32隔着微小的缝隙而大致平行地配置，在固定侧基板31W及旋转侧基 板32彼此的对置面，通过铜图案等形成有天线图案。310是形成于固定侧基板31的天线图 案。在固定侧基板31W及旋转侧基板32的形成有天线图案的面的相反侧的面，分别设有构 成转矩传感器30的电路部件、W及将它们连接的布线图案。上述的隔离物34是为了防止安 装于固定侧基板31的电路部件与中轴18接触而设置的。
[0033] 应变传感器部33具备粘贴于曲柄轴17的检测部331、和将检测部331与旋转侧基板 32连接起来的柔性电缆332。在检测部331内置有AD转换器，与应变量对应的检测电压由AD 转换器变换为数字信号并从检测部331输出。柔性电缆332与设于旋转侧基板32的连接器 321连接。
[0034] 图3是表示转矩传感器30的安装构造的其它例子的图。图3所示的例子中，在对支 承曲柄轴17的轴承181进行保持的中轴18,形成有用于收纳旋转侧基板32W及应变传感器 部33的收纳空间182。若将曲柄轴17安装于轴承181，则旋转侧基板32W及应变传感器部33 被收纳于收纳空间182。固定侧基板31被螺纹固定于中轴18的端面。
[0035] 图4是表示转矩传感器30的电路结构的框图。图4中，从送电部410向受电部420供 给电力。送电部410设于图2的固定侧基板31，受电部420设于旋转侧基板32。图4所示的转矩 传感器30中，由送电部410和受电部420构成非接触供电装置。
[0036] 送电部410具备振荡器411、作为送电侧线圈的供电线圈310a及谐振线圈31化、解 调电路412、时钟(CLK)生成部413、调制部414、W及驱动器415。图2所示的天线图案310由供 电线圈310a的图案和谐振线圈310b的图案构成。此外，图4中，记载了平面状地卷绕的供电 线圈310aW及谐振线圈31化的线圈面相互对置，但如将在下文中说明那样，供电线圈310a 配置于谐振线圈31化的外周侧的同一面内。
[0037] 受电部420具备受电侧线圈（也被称作负载线圈)421、与受电侧线圈42串联地连接 的共振用电容器422 (共振电容）、整流电路423、低通滤波器424、电源电路425、负载调制电 路426、时钟（S化K)生成部427、W及REQ检波部428。受电侧线圈42巧日共振用电容器422串联 连接而形成串联共振电路。应变传感器部33经由整流电路423和电源电路425而与该串联共 振电路连接。此外。受电侧线圈421的应数可W是1应，也可W是多应。
[0038] 低通滤波器424具备电感线圈424aW及电容器424b。负载调制电路426具备开关元 件426a、电容器42化W及电阻426c。来自应变传感器部33的应变数据信号(AD变换后的应变 数据信号)经由负载调制电路426的电阻426c向开关元件426a的栅极输入。
[0039] 在图4中省略了图示，若将谐振线圈31化的共振的电容成分仅设为线圈绕组间的 杂散电容(寄生电容），则共振频率的调整繁琐，从而在本实施方式中，如将在下文中说明那 样，在谐振线圈31化连接有共振电容（电容器）（参照图9)。驱动器415基于来自振荡器411的 信号对供电线圈310a进行供电。供电线圈310aW等于根据谐振线圈31化的自感线圈与线圈 绕组间的杂散电容W及共振电容而决定的自共振频率的频率(例如，16.384MHz)被供电。
[0040] 谐振线圈31化因电磁感应作用而W与自共振频率相等的频率被激励，在谐振线圈 31化流动较大的电流从而产生较强的磁场。当将谐振线圈31化的电感值设为L、并将电容设 为C(也包括共振用电容器的电容)时，线圈的自共振频率f通过下式(1)求解。
[0041] f=]/ ilK-JoF))) ... (1)
[0042] 若W与谐振线圈31化接近的方式配置受电部420的受电侧线圈421，则从谐振线圈 31化产生的较强的磁场与受电侧线圈421磁禪合，从而在受电侧线圈421的两端子间产生电 动势。产生的电动势由整流电路423整流为直流电压，并经由低通滤波器424向电源电路425 输入。通过在整流电路423的后段设置低通滤波器424,能够实现整流效率的提高。电源电路 425将由整流电路423输出的电压变换为应变传感器部33所需要的一定的电压值，并向应变 传感器部33供给。
[0043] 在本实施方式中，作为对施加于曲柄轴17的转矩进行检测的方法，采用由应变传 感器(应变仪)对曲柄轴的应变进行检测而对转矩进行检测那样的结构。使用了应变传感器 的转矩传感器相比例如使用磁致伸缩式传感器的W往的转矩传感器，在小型化、精度、成本 等方面更优异，但需要供给电力。由于应变传感器设于旋转侧的曲柄轴，所W在使用了电刷 等的接点的供电中在耐久性、电刷的接触噪声等方面存在问题，从而要求无线方式的供电。
[0044] 在本实施方式中，如上述那样，设于旋转侧基板32的受电部420通过送电侧的谐振 线圈310b与受电侧线圈421的磁禪合而能够W非接触的方式接受从送电部410输送来的电 力。并且，由于受电侧仅利用受电侧线圈421就能够接受电力，所W能够实现受电部420即旋 转侧基板32的小型化。
[0045] 接下来，对从受电部420向送电部410的应变数据的传输进行说明。本实施方式的 数据传输中，使用耗电量小且电路结构简单的负载调制方式。在1C卡等中也采用负载调制 方式，但在上述的本实施方式的非接触供电（无线供电）中，相比1C卡的情况而线圈间的禪 合非常强。
[0046] W往，在图4的双点划线所示的点H1连接有负载调制电路，但在禪合较强的情况 下，因形成有天线图案（构成线圈310a、310bW及421的基板上的图案）的基板31、32间的距 离的变动、位于天线图案的附近的曲柄轴17的材质等而阻抗变动变大，从而产生负载调制 的调制程度较大地变化的问题。若调制程度较大，则供电效率较大地降低，从而有变得无法 进行受电部420的电路动作的担忧。
[0047] 因此，在磁禪合的程度不是很强的情况下也可W应用W往的配置，但在磁禪合较 强的本实施方式中，是在整流电路423与低通滤波器424之间的点H2连接负载调制电路426 而施加负载调制那样的结构。在从受电部420向送电部410传输应变数据的情况下，从应变 传感器部33向负载调制电路426输入应变数据信号。开关元件426a根据应变数据信号而进 行接通、断开动作。受电侧的阻抗因该接通、断开动作而变动，而使相对于来自送电部410的 载波(交流磁场)的反射变化。即，由受电侧线圈421反射了的载波的振幅与阻抗变动对应地 变动。送电部410中，由解调电路412对被反射了的载波进行解调处理，从而取得应变数据。
[0048] 相比将负载调制电路连接于W往的点H1的情况，在将负载调制电路426连接于点 肥的情况下，由于在负载调制电路426与受电侧线圈421之间存在整流电路423,所W对负载 调制所引起的阻抗变动进行抑制。其结果，即使是磁禪合较强的本实施方式的情况下，也能 够防止调制度变得过大而供电效率较大地降低。
[0049] 接下来，对数据传输的同步方法进行说明。时钟(CLK)生成部413对从振荡器411输 出的信号进行分频而生成时钟信号(CLK)。例如，对从振荡器411输出的16.384MH的信号进 行分频，而生成16曲Z的时钟信号。送电部410基于该时钟信号(CLK)而动作。另一方面，受电 部420中，在时钟（S化K)生成部427中对由受电侧线圈421接收了的交流信号（载波)进行分 频，从而生成了与时钟信号（化K)同频的时钟信号（SCLK)。受电部420基于时钟信号（SCLK) 而动作。
[0050] 基于来自图1所示的辅助控制部27的请求信号(REQ)而进行从受电部420向送电部 410的应变数据的传输。图5是说明辅助控制部27与设于固定侧基板31的送电部410之间的 数据传输动作的图。从粘贴于曲柄轴17的应变传感器部33输出的应变数据(DATA)经由旋转 侧基板32的受电部420而由固定侧基板31的送电部410接收，并且向与固定侧基板31连接的 辅助控制部27传输。辅助控制部27根据传输来的应变数据对人力所产生的脚踏踏力进行计 算，来决定辅助用马达24的辅助量。
[0051] 如图5(a)所示，从辅助控制部27向送电部410输出（下降沿动作）要求应变数据的 请求信号(REQ)。如图4所示，请求信号(REQ)向送电部410的调制部414输入，根据请求信号 (REQ)对针对供电线圈310a的供电信号进行调制。由于通过进行运样的调制而送电电力量 在调制前后变化，所W通过利用受电侧的REQ检波部428对该变化进行检测，而将该变化作 为数据传输的触发来利用。即，通过请求信号(REQ)的输入，驱动器415控制调制部414而生 成数据传输的触发。
[0052] 对于接收到由该请求信号(REQ)调制后的交流信号的受电部420而言，利用请求信 号(REQ)检波部428抽出请求信号(REQ)，并将其向时钟（S化K)生成部427W及应变传感器部 33输入。时钟（SCLK)生成部427与请求信号(REQ)的下降同步地向应变传感器部33供给时钟 信号（SCLK)。设于应变传感器部33的AD转换器基于该时钟信号（SCLK)而动作。应变传感器 部33从时钟信号(SCLK)的上升起预定周期后（图5中4个周期后)输出应变数据信号。
[0053] 如图5所示，设于固定侧基板31的送电部410向辅助控制部27输出从受电部420接 收并由解调电路412解调后的应变数据（DATA)、和与时钟信号（SCLK)同步的时钟信号 (CLK)o
[0054] 上述的实施方式中，与请求信号(REQ)的下降同步地开始时钟信号（S化K)，但例如 在与请求信号(REQ)无关地使时钟常时动作的情况下，不能取得请求信号(REQ)的下降与时 钟信号(S化K)的同步。因此，从请求信号(REQ)的下降的时机起至数据输出为止的时间在时 钟信号(SCLK)的一个周期内产生偏离，从而有数据取得产生了误动作的可能性。
[0055] 与此相对，在本实施方式中，由于时钟信号（SCLK)在请求信号(REQ)的下降的时机 开始，所W能取得请求信号(REQ)与时钟信号（SCLK)的同步。其结果，能够改善从请求信号 (REQ)的下降的时机起至数据输出为止的时间偏离。
[0056] 此外，若表示图5中的请求信号(REQ)的周期W及时钟信号（SCLK)的周期的一个例 子，则请求信号(REQ)是250ms，时钟信号（S化K)是62.5ys左右。
[0057] 图6是表示用于对外部噪声等的进入所导致的误动作进行抑制的固定侧基板31的 各端子处理的一个例子的图。电源线路中，通过利用电容值比较大的电容器61进行高频接 地，能够抑制噪声向电源线路进入。并且，请求信号(REQ)的线路中，通过串联地插入电阻62 来减小噪声进入的影响。此外，从电源线路经由电阻63加入请求信号偏置是因为，即使请求 信号(REQ)是下降动作，且辅助控制部27侧的请求信号(REQ)输出是开路漏极型，也能够进 行对应。
[005引并且，时钟（CLK)信号端子、DATA信号端子通过相对于信号频率较高、且相对于进 入噪声十分低的阻抗的电容64、65而接地，并且通过串联地插入电阻66、67,而成为抑制噪 声的进入的结构。图6的结构是小电容的接地和串联电阻的插入，但也可W是小电容的接地 或串联电阻的插入中的任一个，并不限定于图6的结构。
[0059] 图7是表示固定侧基板31的图。图7(a)表示供送电侧的电路部件安装的安装面。图 7(b)表示图7(a)的与安装面的相反侧的面，亦即形成有天线图案310(参照图2)的图案面。
[0060] 如图7(a)所示，在圆形状的固定侧基板31的中央，形成有供曲柄轴17(参照图2)贯 通插入的贯通孔311。在固定侧基板31的基板外周，形成有基板安装用的贯通孔313a、313b、 313c。此外，对于贯通孔313a、313b、313c的配置而言，例如也可W使多个贯通孔313a、313b、 313c与贯通孔311的中屯、（即，线圈310a、310b的中屯、）的距离相互不同。由此，当将固定侧基 板31固定于中轴1別寸，能够防止W错误的角度配置来进行安装。
[0061 ]电路部件316a~316jW包围贯通孔311的方式安装于安装面。电路部件316i是供 图1所示的电缆29连接的连接器，电缆29沿附图的箭头方向插拔。
[0062] 图7(b)中，天线图案310形成于固定侧基板31的环状部所示的施加了阴影线的区 域312。天线图案310利用铜图案在固定侧基板31的环状部通过刻画图案而成。如上所述(参 照图4)，天线图案310由供电线圈310a的图案和谐振线圈31化的图案构成。
[0063] 另外，在固定侧基板31的内周侧的边缘附近，形成有绕贯通孔311 -周的环状的接 地图案(GND图案）315。由于如图2所示地在贯通孔311插入金属制的曲柄轴17,所W通过形 成接地图案315,能够减少曲柄轴17对天线图案310(供电线圈310曰、谐振线圈31化）的磁影 响。此外，由于接地图案315影响传输损失，所W优选尽量大地设定离天线图案310的距离。 并且，对于在电路部件间进行连接的布线图案的布置而言，在避免与天线图案310磁干设的 意义方面，需要不会成为绕贯通孔311-周的环状。
[0064] 图8是表示旋转侧基板32的图。图8(a)表示供受电侧的电路部件安装的安装面。图 8(b)表示旋转侧基板32的截面。图8(c)表示图8(a)的安装面的相反侧的面，亦即形成有天 线图案(受电侧线圈421的图案)的图案面。
[0065] 如图8(a)所示，在旋转侧基板32的中央，形成有供曲柄轴17(参照图2)贯通插入的 贯通孔324。例如，通过使曲柄轴17嵌合于该贯通孔324,来将旋转侧基板32W相对于曲柄轴 17垂直的方式进行固定。连接器321、电路部件325a~325gW包围贯通孔324的方式安装于 安装面。由于旋转侧基板32与曲柄轴17-体旋转，所W优选W使作用于旋转侧基板32的离 屯、力的大小平衡、即离屯、力的大小成为旋转对称的方式配置连接器321、电路部件325a~ 325gW及将它们连接起来的布线。并且，连接器321如图8(b)所示地构成为，在垂直方向（曲 柄轴17的轴向）上相对于基板面插拔柔性电缆332。通过成为运样的结构，防止了柔性电缆 332的连接因离屯、力而脱落。
[0066] 在旋转侧基板32的图案形成面，且在施加了阴影线的区域322,形成有受电侧线圈 421的天线图案。此外，虽省略图示，但与固定侧基板31的情况相同，在旋转侧基板32,且在 比阴影线区域322靠内周侧也形成有环状的接地图案。并且，在避免与图案形成面的天线图 案磁干设的意义方面，在电路部件间进行连接的布线图案的布置需要不会成为绕贯通孔 324-周的环状。
[0067] 此外，形成于贯通孔324的切口 323是为了防止当将旋转侧基板32安装于曲柄轴17 时与粘贴于曲柄轴17的外周面的检测部331(参照图2)干设而形成的。通过形成切口 323,能 实现组装性的提高。
[0068] 图9是表示作为送电侧线圈的供电线圈310aW及谐振线圈31化的详细结构的示意 图。此外，图9中，为了容易理解线圈图案形状，比实际更大地表示图案间缝隙。如上所述，在 谐振线圈31化设有作为共振电容的电容器317。谐振线圈31化成为多应的縱满状线圈。另一 方面，与振荡器411连接的供电线圈310a在谐振线圈31化的外周侧通过刻画图案而成。供电 线圈310a由多应（圈数是两圈W上）的縱满状图案形成。
[0069] 本实施方式的线圈是磁谐振方式的线圈，但磁谐振方式相比电磁感应方式，在传 输效率、传输距离、线圈的位置偏移等方面更优异。并且，由于利用了磁谐振，所W具有受电 侧线圈能够小型化、干设禪合较小（即，噪声的影响较小）、金属壳体等所导致的效率降低较 小等优点。但是，若线圈形状相对于传输频率(线圈的自共振频率)变小则传输效率容易降 低。认为是如下理由：供电线圈的电感值因线圈小型化而降低，从而与谐振线圈的磁禪合不 足。在应用于电动辅助自行车的转矩传感器的情况下，线圈直径相对于传输频率的波长为 10~20m左右而变小几厘米，从而传输效率的降低容易变得显著。
[0070] 因此，在本实施方式中，如图9所示地将供电线圈310a配置于谐振线圈31化的外周 侧，另外，通过将应数设为多个来防止供电线圈310a的电感值的降低，从而抑制了供电线圈 310a与谐振线圈31化的磁禪合的降低。并且，金属制的曲柄轴17在形成于固定侧基板31的 贯通孔311贯通，但通过如图9所示地将供电线圈310a配置于外周侧，能够减少曲柄轴17的 磁影响，运也成为能够抑制供电效率的降低的一个因素。
[0071] 另外，通过对置配置谐振线圈31化W及受电侧线圈421的各线圈面，能够进行有效 的磁禪合，从而能够实现传输效率的提高。并且，在考虑到数据传输的噪声的影响的情况 下，由于磁谐振方式的Q值（=f0/BW，fO:中屯、频率，BW:中屯、频率fO所具有的收益一3地而得 的带域宽度））更大，所W传输效率提高，并且难W受到噪声的影响。但是，由于若Q值变大则 通信的带域变窄，所W在将应变数据从旋转侧基板32向固定侧基板31传输的本实施方式 中，优选使作为数据发送侧的受电侧线圈421的Q值比作为数据接收侧的谐振线圈310b的Q 值大。
[0072] 图10是说明天线图案的配置的剖视图。如上所述(参照图2)，固定侧基板31和旋转 侧基板32配置为彼此的形成有天线图案的面对置。由于谐振线圈310b和受电侧线圈421通 过磁禪合来进行电力的授受W及数据的授受，所W在传递效率的方面优选W使线圈面彼此 对置的方式配置基板31、32,并使谐振线圈31化与受电侧线圈421之间的距离变窄。因此，固 定侧基板31W及旋转侧基板32配置为形成有天线图案的面对置。在固定侧基板31，作为天 线图案310而形成有供电线圈310曰、谐振线圈310b的图案，并且在旋转侧基板32,作为天线 图案而形成有受电侧线圈421的图案。
[0073] 此外，固定侧基板31W及旋转侧基板32配置为，形成于固定侧基板31W及旋转侧 基板32的天线图案的中屯、（即线圈中屯、）与曲柄轴17的轴J一致。并且，图10中，为了容易理 解天线图案的配置，并未准确地记载各图案的应数。
[0074] 然而，为了更加有效率地进行对置配置的线圈的磁禪合，优选设为W下那样的图 案配置。此处，将固定侧基板31中的谐振线圈31化的内周半径设为Ra，将配置于外周侧的供 电线圈310a的外周半径设为肺，并将旋转侧基板32中的受电侧线圈421的内周半径设为Rc， 并将外周半径设为Rd。并且，将固定侧基板31W及旋转侧基板32的外周侧半径分别设为R1、 R2。此外，在基板31、32不是圆形的情况下，半径R1、R2是直至基板的边缘中离天线图案中屯、 距离最短的边缘为止的距离。
[00对而且，在Rc>Ra的情况下优选设定为Rb>Rc，并在Ra>Rc的情况下优选设定为Rd >Ra。即，Ra~Rd设定为送电侧线圈的区域m和受电侧线圈的区域肥在径向上完全不偏离， 且设定为至少一部分对置。优选为使送电侧的谐振线圈31化的平均直径与受电侧的受电侧 线圈421的平均直径相等。
[0076] 另外，为了抑制由金属形成的曲柄轴17的磁影响，期望使天线图案尽量远离曲柄 轴17。例如，在将曲柄轴17的半径设为Rs的情况下，优选设定为Ra-Rs > R1 -肺，Rc - Rs > R2-Rd。
[0077] 图11是表示天线图案与传递特性(传输特性）的关系的图。图11(a)是表示天线图 案的宽度尺寸与传递特性的关系的模拟结果的图表，图11(b)是示意地表示天线图案的图。 P是相邻的图案间的间距，W是图案宽度尺寸。此外，图11(a)的横轴是间距P与图案宽度W的 tk (W/P)。此处，间距P是恒定的，对P = 3mm的情况进行说明。
[0078] -般而言，若增大图案宽度W则电阻下降，从而认为传递特性变高。然而，可知模拟 的结果是，若因邻接的图案彼此相互影响的接近效果，而图案间隔变窄，则传递特性变差。 如图11 (a)所示，W/P = 3/6的情况下图案宽度W与图案间的缝隙尺寸相等，但若使W/巧k 3/6 小的话传递特性变高，从而W/P越小传递特性越好。图11 (a)所示的模拟结果中，仅计算直至 W/P = 3/6,但可知若进一步缩小图案宽度W而缩小比W/P，则线圈电阻增加的影响变大，从而 传递特性降低。运样，为了抑制与相邻图案的接近效果，优选使线圈缝隙(P-W)比线圈的图 案宽度W大。
[0079] 图12是表示应变传感器部33的图，图12(a)是俯视图，图12(b)是C-C剖视图。内置 应变仪的传感器忍片333被粘贴在较薄的金属板(例如不诱钢制的薄板)334上。在传感器忍 片333,除了设置应变仪之外，还设置有应变测量所需要的电路W及将应变量信号变换为数 字信号的AD转换器等。柔性电缆332的一端被粘贴在金属板334上，利用线缆335来连接传感 器忍片333和柔性电缆332的布线图案（未图示）。柔性电缆332例如由柔性印刷电路基板等 构成，柔性电缆332的另一端成为设有多个端子336的连接器连接部337。传感器忍片333、线 缆335、W及柔性电缆332的线缆连接部通过密封树脂338而模制成形。
[0080] 此外，图12(a)中，为了容易理解忍片配置等，省略了密封树脂338,并W想象线(双 点划线)表示了该配置。金属板334的背面侧粘贴于作为应变的被测定对象的曲柄轴17的表 面。该情况下，将曲柄轴17的外周面的一部分加工为平面状，并在该平面粘贴检测部331的 金属板334。若在曲柄轴17产生应变，则金属板334W及传感器忍片333变形，对应变量进行 测量。
[0081] 图13是说明柔性电缆332与旋转侧基板32的连接方式的图，是从侧面方向观察粘 贴有应变传感器部33的检测部331的曲柄轴17和旋转侧基板32的图。旋转侧基板32W基板 面相对于曲柄轴17垂直的方式安装。在旋转侧基板32,设有供柔性电缆332的连接器连接部 337连接的连接器321。连接器321W在与曲柄轴17平行的方向上插拔柔性电缆332的连接器 连接部337的方式安装于旋转侧基板32。符号D所示的面是用于形成天线图案的面，符号E所 示的面是用于安装电路部件的面。
[0082] 检测部331W柔性电缆332从检测部331引出的方向与旋转侧基板32的电路部件安 装面E成为相反方向的方式粘贴于曲柄轴17。从检测部331引出的柔性电缆332从中途圆弧 状地变形而朝向电路部件安装面E侧，并与旋转侧基板32的连接器321连接。通过将检测部 331的安装方式W及柔性电缆332的连接方式设为图13所示那样的方式，能够缩小柔性电缆 332的变形部分(虚线部分F)的曲率，其结果，能够防止柔性电缆的断裂等，从而能够实现可 靠性提高。
[0083] 如W上说明的那样，本实施方式中，旋转体非接触供电装置具备:旋转侧基板32， 其固定于由轴承181支承的曲柄轴17并与该曲柄轴17-体旋转，且供受电侧电路部件安装； W及固定侧基板31，其W基板面与旋转侧基板32的基板面对置的方式固定于对轴承181进 行保持的中轴18,与电源连接且供送电侧电路部件安装，在固定侧基板31的表背基板面中 与旋转侧基板32对置的一方基板面，利用导电图案形成有縱满状且多应的送电侧线圈（供 电线圈310a、谐振线圈31化），并在表背基板面的另一方基板面安装有送电侧电路部件，并 且在旋转侧基板32的表背基板面中与固定侧基板31对置的一方基板面，利用导电图案形成 有縱满状且多应的受电侧线圈421，并在表背基板面的另一方基板面安装有受电侧电路部 件，谐振线圈31化与受电侧线圈421磁禪合，而通过非接触的方式从固定侧基板31朝旋转侧 基板32供给电力。
[0084] 运样，由于利用形成于基板31、32的基板面的线圈图案来形成线圈310a、310b、 421，并且将送电侧的谐振线圈310b与受电侧线圈421对置配置，所W能够成为具有优异的 供电效率的小型的非接触供电装置。
[0085] 并且，送电侧的天线线圈优选由平面状地卷绕的多应的谐振线圈310b、和与谐振 线圈31化磁禪合的多应的供电线圈310a构成，其中，多应的供电线圈310a在谐振线圈31化 的外周侧W包围该谐振线圈310b的方式平面状地卷绕。由此，能够充分确保供电线圈310a 的电感，即使使送电侧线圈小型化，也能够确保足够的供电效率。
[0086] 此外，上述的实施方式中，受电侧由一个受电侧线圈421构成，但也可W与送电侧 相同地由两个线圈（谐振线圈、和供整流电路423连接的负载线圈）构成，也可W是送电侧W 及受电侧双方由上述的受电侧线圈421那样的一个线圈构成。另外，上述的实施方式中，作 为负载电路应用了具备应变仪的应变传感器部33,但作为负载电路，并不限定于应变传感 器，也可W应用溫度传感器、加速度传感器等的电路。另外，上述实施方式中，作为电动辅助 自行车的转矩传感器，将固定侧基板31W及旋转侧基板32的形状设为供曲柄轴17贯通的环 状，但本实施方式的转矩传感器也能够应用于对其它的旋转轴W及旋转体的转矩进行测量 的转矩传感器。该情况下，例如也可W在旋转轴的端面固定圆盘状的旋转侧基板，并在对轴 承进行保持的部件固定圆盘状的固定侧基板。
[0087] 并且，本发明尤其作为向安装于轴等旋转体的电路、传感器进行的非接触供电W 及W非接触的方式取得来自旋转体传感器的数据的技术，例如，能够应用于向为了检测汽 车的车道的转矩、电动辅助自行车的踏力而使用的应变仪、应变传感器进行的非接触供电 和数据传输。另外，也能够应用于如受电侧线圈与送电侧线圈的位置关系不固定的非接触 供电装置例如1C卡那样使受电侧的1C卡向固定的送电侧移动接近来进行供电的结构。
[0088] 上述的各实施方式也可W分别单独地或者组合地来使用。运是因为能够单独地或 者相辅地起到各个实施方式的效果。并且，在不损害本发明的特征的范围内，本发明不限定 于上述实施方式。
[0089] 如下的优先权基础申请的公开内容作为引用而在此援引。
[0090] 日本专利申请2014年第8087号(2014年1月20日申请）
[0091] 符号的说明
[0092] 1 -电动辅助自行车，17-曲柄轴，18 -中轴，21-脚踏，24-马达，27-辅助巧制 部，30-转矩传感器，31 -固定侧基板，32-旋转侧基板，33-应变传感器部，310-天线图 案，310a-供电线圈，310b-谐振线圈，315-接地图案，331-检测部，332-柔性电缆， 333-传感器忍片，334-金属板，410-送电部，411-振荡器，412-解调电路，413-时钟 (CLK)生成部，414-调制部，415-驱动器，420-受电部，421-受电侧线圈，422-共振用电 容器，423-整流电路，424-低通滤波器，425-电源电路，426-负载调制电路，427-时钟 (S化K)生成部，428-请求信号(REQ)检波部。
【主权项】
1. 一种非接触供电装置，其特征在于，具备： 送电部，其具有第一天线线圈、振荡器及基于来自上述振荡器的信号使上述第一天线 线圈生成交流磁场的驱动器；以及 受电部，其具有与上述第一天线线圈磁耦合的第二天线线圈， 上述第一天线线圈具备： 多匝的谐振线圈，其卷绕成平面状；以及 多匝的供电线圈，其在上述谐振线圈的外周侧以包围该谐振线圈的方式卷绕成平面 状，并与上述谐振线圈磁耦合。2. 根据权利要求1所述的非接触供电装置，其特征在于， 上述第二天线线圈构成受电线圈与共振电容的串联共振电路。3. 根据权利要求1或2所述的非接触供电装置，其特征在于， 上述受电部还具备： 整流电路，其对由上述第二天线线圈感应的交流信号进行整流； 电源电路，其经由低通滤波器输入上述整流电路的输出，并输出预定电压的电力；以及 负载调制电路，其连接于上述整流电路与上述低通滤波器的连接点，使受电侧的阻抗 变化而使数据向上述送电部传输。4. 根据权利要求3所述的非接触供电装置，其特征在于， 上述送电部具备对上述驱动器的输出信号进行调制而使送电电力变化的触发生成部， 上述受电部具备对上述触发生成部引起的送电电力的变化进行检测的检测部，若由上 述检测部检测到上述送电电力的变化，则向上述送电部传输上述数据。5. 根据权利要求4所述的非接触供电装置，其特征在于， 上述送电部具备生成第一时钟信号的第一时钟生成部， 上述受电部具备第二时钟生成部，若由上述检测部检测到上述送电电力的变化，则上 述第二时钟生成部根据由上述第二天线线圈感应出的交流信号开始生成第二时钟信号的 动作。6. 根据权利要求3所述的非接触供电装置，其特征在于， 上述受电部设于旋转体。7. -种转矩传感器，其特征在于，具备： 权利要求3所述的非接触供电装置；以及 转矩测量用应变仪，其利用来自上述电源电路的电力而动作， 上述负载调制电路基于由上述转矩测量用应变仪检测到的应变数据而使受电侧的阻 抗变化。
【文档编号】H02J50/12GK105874685SQ201580003439
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2015年1月16日
【发明人】市川胜英, 相马敦郎, 宫岛健太郎, 芦田喜章, 石井诚, 佐佐木基博, 岩石圭辅, 漆畑佑哉
【申请人】日立汽车系统株式会社