螺线管线圈单元及非接触供电装置的制作方法

1.本揭示关于一种通过磁场耦合非接触地将电力从供电侧传送至受电侧的非接触供电装置、以及使用于非接触供电装置的螺线管线圈单元(solenoid coil unit)。


背景技术：

2.近年来对电子装置(electronic device)或电动载具(electric mobility)等不使用缆线(cable)而传送电力的非接触供电装置为人所注目。具体而言是以下的技术：能够对搭载有受电侧单元的电动车(electric vehicle)等，使用停车场所设置的供电侧单元非接触地进行充电、或行驶中使用设置于道路侧的供电侧单元非接触地进行充电。
3.使用于非接触供电装置的线圈单元的方式可以大分为图16a及图16b所示的环型(circular type)、与图16c及图16d所示的螺线管型。如图16a及图16b所示，环形线圈单元(circular coil unit)100a具有在圆盘状的铁氧体磁心(ferrite core)102a的单面同心圆上卷绕线圈101a所成的构成，亦被称为单侧卷绕方式。如图16c及图16d所示，螺线管线圈单元100b具有在平板状的铁氧体磁心102b卷绕线圈101b所成的构成，亦被称为两侧卷绕方式。
4.无论是哪一个方式，由于传送电力的效率降低不仅会增加损失还会造成发热的原因，所以要提升作为非接触供电装置的传送效率就成为极重要的课题。为了提升传送效率，已知的重要事项是提高供电侧单元与受电侧单元之间的耦合系数k，且加大线圈的q值。
5.一般而言，环形线圈单元有以下的特性：耦合系数k虽较高，但相对于供电侧单元与受电侧单元的位置偏移的容许量较小。另一方面，如专利文献1所记载，一般认为螺线管线圈单元有以下的特性：虽然在背面有漏磁通且耦合系数会些微降低，但是相对于位置偏移的容许量较大。与供电侧单元与受电侧单元的位置偏移相对的容许量被称为“强健性(robustness)”，为发展非接触供电的实际应用的较大的课题。
6.有关提供给混合动力车(hybrid car)或电动车等的电动载具的非接触供电技术，有考虑到将来需要能够进行行驶中的供电的技术。在设想为行驶中供电的情况下，有被要求对于载具的前后的移动方向的位置偏移、以及往横方向的位置偏移的双方确保较高的强健性，该横方向为与前后的移动方向正交的移动方向。
7.图17所示的线图显示基于非专利文献1的图4.2的使用h型铁心(htype core)的螺线管型与环型的各个线圈单元中的强健性。线图hx、hy各别显示通过有关螺线管型的线圈单元的往x方向及y方向的位置偏移所致的耦合系数的变化，线图cr显示通过环型的线圈单元的位置偏移所致的耦合系数的变化。当横轴所示的位置偏移变大时，环形线圈单元的耦合系数就会急遽地减少而成为无法进行电力传送的状态。在使用h型铁心的螺线管线圈单元的情况下，通过螺线管线圈的特性，相对于位置偏移的强健性会比环形线圈单元更高。然而，在h型铁心的形状的特性上，根据位置偏移的方向或位置偏移量，会有耦合系数显著地降低的情况，可谓依然还有改良的余地。
8.又，在考量了对电动载具的非接触供电的情况下，在供电侧线圈单元与受电侧线
圈单元之间依车种而存在100mm至250mm左右的间隙(gap)。当具体地设计可以对应该间隙的线圈单元时，在现有的环型或螺线管型的线圈单元中就会有变得过重的问题。此点，在专利文献1中已有揭示以下的螺线管线圈单元：其以线圈单元的轻量化为目的，采用了将平板状铁心之中卷绕有线圈的被覆线圈部的宽度，形成为比未卷绕有线圈的磁极部的宽度还细的h型铁心。
9.当使用专利文献1所揭示的h型铁心时，螺线管线圈单元就能够比现有的平板状铁心更轻量化。然而，依据非专利文献2所揭示的实验条件的详细内容，线圈间的间隙以70mm至100mm左右来设计。为了使此在维持供电性能的状态下对应于200mm左右的间隙，而有螺线管线圈单元大型化的可能性，结果，在h型铁心的实用化方面有需要更进一步轻量化的可能性。实际上，在目前为止的验证中所使用的线圈单元的重量依输出而成为从数十kg至100kg的重量，可知要搭载于载具是不符实际需求。
10.[现有技术文献]
[0011]
[专利文献]
[0012]
专利文献1：日本特开2011-50127号公报。
[0013]
[非专利文献]
[0014]
非专利文献1：山田润学位论文“适于电动车用行驶中非接触供电的线圈形状与共振电路方式的基础检讨”2018年3月琦玉大学大学院理工学研究科。
[0015]
非专利文献2：千明、长冢、金子、阿部、保田、铃木“新铁心构造的电动车用非接触供电变压器的小型轻量化”(spc-11-048)。


技术实现要素：

[0016]
[发明所欲解决的课题]
[0017]
如以上，通过使用采用了专利文献1所揭示的h型铁心的螺线管线圈单元，就可以实现一定的轻量化与强健性。然而，当考量自此才开始的非接触供电的正式的实际应用、与专注于行驶中供电的线圈方式的选择时，就不能说已达满足耦合系数、强健性、轻量化的全部的状态。
[0018]
本揭示的目的在于提供一种针对非接触供电的正式的实际应用而使“耦合系数”、“强健性”、“轻量化”的全部以高水准来成立的螺线管线圈单元及使用该螺线管线圈单元的非接触供电装置。
[0019]
[用以解决课题的手段]
[0020]
用以解决上述的课题的第一方式被提供作为与其他的螺线管线圈单元非接触地进行电力的授受的螺线管线圈单元。此方式的螺线管线圈单元具备：螺线管线圈，相对于所述其他的螺线管线圈单元所具备的其他的螺线管线圈，平行地设置成沿着与中心轴方向正交的隔离方向隔着预定的间隔距离；以及棒状铁心，供所述螺线管线圈卷绕，且比所述螺线管线圈的所述中心轴方向的长度还长。所述棒状铁心具有供所述螺线管线圈卷绕的中央部、以及从所述螺线管线圈的两端延伸出的端部；所述中央部的长度对宽度的比例为2以上；所述螺线管线圈的所述中心轴方向的长度为所述间隔距离的大致二倍。
[0021]
在第二方式中，所述中央部的长度对宽度的比例可为8以上。
[0022]
在第三方式中，将所述中央部的长度设为l，将所述中央部的宽度设为w时，可满足
2≦l/w≦16的关系。
[0023]
在第四方式中，相对于所述螺线管线圈单元隔着200mm的所述间隔距离而位置不偏移地设置其他的螺线管线圈单元时的耦合系数k为0.17以上且未满0.2，该其他的螺线管线圈单元具备与所述螺线管线圈相同构成的所述其他的螺线管线圈、以及与所述棒状铁心相同构成的其他的棒状铁心。
[0024]
在第五方式中，所述端部可设有厚度比所述中央部小且从该端部外伸的板状的追加磁极部。
[0025]
在第六方式中，所述追加磁极部的宽度可比所述中央部的宽度大。
[0026]
在第七方式中，所述追加磁极部的长度与宽度可大致相等。
[0027]
第八方式被提供作为非接触供电装置。此方式的非接触供电装置具备：第一螺线管线圈单元，为上述方式中任一方式所述的螺线管线圈；以及第二螺线管线圈单元，为所述其他的螺线管线圈单元；该非接触供电装置于所述第一与第二螺线管线圈单元之间发生互感应(mutual induction)而授受电力。
[0028]
[发明功效]
[0029]
依据上述第一方式的螺线管线圈单元，即便与其他的螺线管线圈单元之间的间隔距离增大，仍能以相应于间隔距离的长度来细长地构成棒状铁心，故而可以抑制重量的增大并同时获得较高的耦合系数。又，若是具备如此细长的棒状铁心的螺线管线圈单元，相较于使用了现有的圆盘状铁心、平板状铁心、h型铁心等的情况更可以抑制因位置偏移所致的耦合系数的降低，且可以实现较高的强健性。因而，依据上述第一方式的螺线管线圈单元，就能够使耦合系数、强健性、轻量化的全部以高水准成立。
[0030]
依据上述第二方式的螺线管线圈单元，因为棒状铁心更细长地构成，故而可以抑制螺线管线圈单元的重量的增大，并同时更进一步提高耦合系数。又，亦可以同时实现较高的强健性。
[0031]
依据上述第三方式的螺线管线圈单元，就可以抑制重量显著地变大，并同时抑制与其他的螺线管线圈单元之间的耦合系数显著成为较低的值。因而，能够使耦合系数、强健性、轻量化的全部以更高水准成立。
[0032]
依据上述第四方式的螺线管线圈单元，就可以更加以高水准同时达成螺线管线圈单元的重量增加的抑制与耦合系数的提升。因而，能够使耦合系数、强健性、轻量化的全部以更高水准成立。
[0033]
依据上述第五方式的螺线管线圈，则即便在通过设置追加磁极部来使棒状铁心的中央部小型化的情况下，仍可以提高耦合系数。又，因为追加磁极部能够通过减小厚度来轻量化，故而能够抑制螺线管线圈的重量的增加并同时有效地提高耦合系数。又，若设有追加磁极部，就可以更进一步抑制因相对于其他的螺线管线圈单元的位置偏移所致的耦合系数的降低。因而，能够使耦合系数、强健性、轻量化的全部以更高水准成立。
[0034]
依据上述第六方式的螺线管线圈，因为追加磁极部朝向宽度方向被扩大，故而可以获得更加高的耦合系数与强健性。
[0035]
依据上述第七方式的螺线管线圈单元，追加磁极部朝向中心轴方向及宽度方向的两方向被扩大。因此，可以提高耦合系数并同时相对于其他的螺线管线圈的往中心轴方向及宽度方向的双方向的位置偏移更进一步提高相对于该位置偏移的强健性。
[0036]
依据上述第八方式的非接触供电装置，因为具备上述方式的螺线管线圈单元，故而能够使耦合系数、强健性、轻量化的全部以高水准成立。
附图说明
[0037]
图1a是第一实施方式的螺线管线圈单元的概略俯视图。
[0038]
图1b是第一实施方式的螺线管线圈单元的概略前视图。
[0039]
图1c是第一实施方式的螺线管线圈单元的概略侧视图。
[0040]
图2是使用第一实施方式的螺线管线圈单元的非接触供电装置的构成的示意图。
[0041]
图3是用以说明由一对螺线管线圈单元所产生的磁通的示意图。
[0042]
图4是显示关于螺线管线圈的长度与耦合数的线图的说明图。
[0043]
图5是显示表示磁导率(magnetic permeability)与耦合系数的关系的线图的说明图。
[0044]
图6是显示表示棒状铁心的截面积与耦合系数的关系的线图的说明图。
[0045]
图7是显示表示耦合系数对棒状铁心的截面积的比例与棒状铁心的截面积的关系的图表的说明图。
[0046]
图8a是第二实施方式的螺线管线圈单元的概略俯视图。
[0047]
图8b是第二实施方式的螺线管线圈单元的概略前视图。
[0048]
图8c是第二实施方式的螺线管线圈单元的概略侧视图。
[0049]
图9是使用第二实施方式的螺线管线圈单元的非接触供电装置的构成的示意图。
[0050]
图10是显示表示追加磁极部的尺寸与耦合系数的关系的线图的说明图。
[0051]
图11是显示表示追加磁极部的面积与耦合系数的关系的线图的说明图。
[0052]
图12是显示表示间隔距离与耦合系数的关系的线图的说明图。
[0053]
图13是显示一对螺线管线圈单元在宽度方向位置偏移的状态的示意图。
[0054]
图14是一对螺线管线圈单元在中心轴方向位置偏移的状态的示意图。
[0055]
图15是显示表示位置偏移量与耦合系数的关系的线图的说明图。
[0056]
图16a是使用于现有的非接触供电装置的环型的线圈单元的概略俯视图。
[0057]
图16b是使用于现有的非接触供电装置的环型的线圈单元的概略侧视图。
[0058]
图16c是使用于现有的非接触供电装置的螺线管型的线圈单元的概略俯视图。
[0059]
图16d是使用于现有的非接触供电装置的螺线管型的线圈单元的概略侧视图。
[0060]
图17是显示表示现有的线圈单元中的强健性的线图的说明图。
具体实施方式
[0061]
以下，参照附图来详细说明本揭示的螺线管线圈单元及非接触供电装置的实施方式。
[0062]
1.第一实施方式
[0063]
图1a、图1b及图1c各别显示第一实施方式的螺线管线圈单元50的概略俯视图、概略前视图及概略侧视图。螺线管线圈单元50具备螺线管线圈10。
[0064]
图1a及图1b以一点链线来图示螺线管线圈10的中心轴cx。以下，亦将沿着中心轴cx的方向简称为“中心轴方向”。图1a、图1b及图1c各别图示表示相当于中心轴方向的y方向
的箭头、以及表示正交于y方向的x方向与正交于x方向及y方向的后述z方向的箭头。x方向相当于与中心轴方向及后述的隔离方向正交的“宽度方向”。以下，有关螺线管线圈单元的尺寸，在称为“长度”时意指y方向上的尺寸，在称为“宽度”时意指x方向上的尺寸，在称为“厚度”时意指与x方向及y方向正交的隔离方向上的尺寸。
[0065]
螺线管线圈10将绝缘被覆过的电线紧密地卷绕成螺旋状，通过使电流流通于电线来于中心轴方向产生磁场。为了极力减低磁通的干扰或泄漏，优选是电线能均一且规则性地卷绕。螺线管线圈10的长度为l。另外，图中省略了电线一根一根的表现。螺线管线圈10中的电线的卷绕方向为沿着x方向的方向。
[0066]
螺线管线圈单元50复具备卷绕有螺线管线圈10的棒状铁心20。棒状铁心20的中心轴与螺线管线圈10的中心轴cx一致，y方向相当于棒状铁心20的长边方向。棒状铁心20例如是通过铁氧体等的强磁性体所构成。与棒状铁心20的长边方向垂直的剖面中的剖面形状不被特别限定，可如图所示为大致四角形状，又可为正圆形状或椭圆形状。
[0067]
棒状铁心20制作成比螺线管线圈的长度l长。棒状铁心20具有：卷绕于螺线管线圈10的中央部21；以及位于棒状铁心20的两端且从螺线管线圈10的两端延伸出的端部22。螺线管线圈10的长度与螺线管线圈的长度l一致。以下，有关中央部21的长度亦表记为“l”。棒状铁心20的一对端部22作为螺线管线圈单元50的磁极而发挥功能。
[0068]
另外，如图1a、图1b及图1c所示，棒状铁心20的厚度t比中央部21的长度l及棒状铁心20的宽度w更小。棒状铁心20的厚度不被特别限定，例如亦可为中央部21的宽度以上。
[0069]
图2及图3显示将一对螺线管线圈单元50、50a平行地配置成设有预定的间隔距离g的间隔的状态的示意图。图3以一点链线来图示磁通mf。又，在图3中示意性地图示构成螺线管线圈10的电线。
[0070]
一对螺线管线圈单元50、50a构成非接触供电装置55，螺线管线圈单元50与隔离配置的其他的螺线管线圈单元50a非接触地进行电力的授受。以下，亦将本实施方式的螺线管线圈单元50称为“第一螺线管线圈单元50”，亦将其他的螺线管线圈单元50a称为“第二螺线管线圈单元50a”。
[0071]
在本实施方式中，第二螺线管线圈单元50a具有与第一螺线管线圈单元50相同的构成。第二螺线管线圈单元50a具备与第一螺线管线圈单元50所具备的相同构成的螺线管线圈10、以及棒状铁心20，且自感(self inductance)与第一螺线管线圈单元50相同。
[0072]
在非接触供电装置55中，二个螺线管线圈单元50、50a于隔离方向隔离并平行地设置。在此的“隔离方向”相当于与x方向及y方向正交的z方向，且相当于棒状铁心20的厚度方向。又，在本说明书中所谓“平行”意指一条直线沿着另一条直线的状态，且为涵盖二条直线在数学上严密地配置成“平行”的状态、以及一条直线对另一条直线具有数
°
左右的倾斜角的状态的概念。
[0073]
在非接触供电装置55中，第二螺线管线圈单元50a隔着间隔距离g而位置不偏移地设置。换句话说，在非接触供电装置55中，朝向隔离方向观察时，第一螺线管线圈单元50设置于与第二螺线管线圈单元50a迭合的位置。通过如此的配置，如图3所示，一对螺线管线圈单元50a、50a之中在有电流流通的一方的螺线管线圈单元所产生的磁通mf的一部分，会通过构成另一方的螺线管线圈单元的螺线管线圈10的棒状铁心20，且返回至所述一方的螺线管线圈单元，由此能够发生互感应而授受电力。另外，在本说明书中，在称为“耦合系数”时，
只要没有特别事先说明，即为在如图2及图3所示位置不偏移地设置了平行地配置成沿隔离方向隔离的相同构成的二个线圈时的值。
[0074]
图4显示将二个相同构成的螺线管线圈平行地配置成隔着间隔距离g时的相对于间隔距离g的螺线管线圈的长度l、与相对于该长度l的耦合系数k的关系的线图。本技术的发明人为了以最佳效率获得较高的耦合系数k，而使用实验与模拟(simulation)来细查了一对螺线管线圈间的间隔距离g与螺线管线圈的长度l的关系。间隔距离g依非接触供电装置55的用途而决定，在此是设想对电动载具的非接触供电并采用200mm作为一例。在此情况下，如图4所示，可知能够以最佳效率获得较高的耦合系数k的螺线管线圈的长度l为间隔距离g的大致二倍，换句话说是l≒2g。在本技术的发明人的实验例中，在g＝200mm且l＝400mm时的耦合系数k的值成为0.088。
[0075]
当将螺线管线圈单元设计在l﹤2g的范围时，就不易获得足够的耦合系数k，而当设计在l＞2g的范围时，螺线管线圈单元就会过度大型化而难以轻量化。另外，图4所示的关系不被限定于间隔距离g为200mm时。即便是在将间隔距离g例如设定在150mm以上且250mm以下的范围内的任意的值的情况下、或设定在180mm以上且220mm以下的范围内的任意的值的情况下仍能获得同样的关系。又，l的值并非被限定于2g的一点，而是容许相应于用途或设计的预定的宽度，作为一例容许10％左右的误差。因而，作为间隔距离g的大致二倍的螺线管线圈的长度l被容许设定在1.8g以上且2.2g以下的范围内。在本说明书中，“l≒2g”的表记意指l为1.8g以上且2.2g以下的范围内的任意的值。
[0076]
在本实施方式中以螺线管线圈10的长度l满足l≒2g的条件的方式所构成。由此，能够一边维持较高的耦合系数k一边将棒状铁心20设计成能够轻量化的形状。又，本实施方式的螺线管线圈单元50将棒状铁心20的中央部21的长度l设计成宽度w的二倍以上，换句话说是设计成l≧2w。如此，因为可以将棒状铁心20形成为宽度w较小的细长形状，故而能以抑制螺线管线圈单元50的重量的增大并同时使耦合系数k成为所期望的较高的值的方式，来加大螺线管线圈10的长度l。
[0077]
在螺线管线圈单元50中，棒状铁心20的中心轴方向上的中央部21的长度l，优选是与中央部21的宽度w相对的比例为三倍以上，更优选为四倍以上。又，中央部21的长度l相对于中央部21的宽度w的比例为8以上，换句话说亦能够设为l≧8w。如此，可以将螺线管线圈单元10形成为更细长的棒状的形状，且可以抑制螺线管线圈单元10的重量的增大并同时更进一步提高其耦合系数k。
[0078]
另外，在仅针对轻量化的观点来看，虽然棒状铁心是越细越有功效，但是实际上优选是依据机械强度或卷绕的绝缘电线的规格、确保可以避免磁通密度的饱和的程度的截面积等来决定l/w的最大值。
[0079]
图5显示表示在非接触供电装置55中变更棒状铁心20的磁导率时的耦合系数k的线图。为了获得较高的耦合系数k，棒状铁心20优选是由磁导率为1500h/m以上的材料所构成，更优选是由磁导率为2000h/m以上的材料所构成。棒状铁心20再优选是由磁导率为2500h/m以上的材料所构成。又，即便棒状铁心20由磁导率比3000h/m还大的材料所构成仍无法期待耦合系数k会显著地变高。因而，棒状铁心20优选是由磁导率为3000h/m以下的材料所构成。
[0080]
图6显示表示非接触供电装置55中的棒状铁心20的截面积s与耦合系数k的关系的
线图。图7显示表示棒状铁心20的耦合系数k对截面积s的比例k/s与截面积s的关系的图表。图6及图7的图表是本技术发明人重复研究而独自获得的。图6及图7的图表中的耦合系数k为将二个螺线管线圈单元10、10a之间的间隔距离g设为200mm时的值。又，在图6及图7的线图中，截面积s为s1以上且未满s2的区域相当于耦合系数k为1.7以尚且未满2.0的区域。
[0081]
棒状铁心20的截面积s相当于与中心轴方向正交的剖面中的中央部21的截面积。如图6所示，棒状铁心20的截面积s越大就越可以提高耦合系数k。但是，加大截面积s与棒状铁心20的大型化息息相关，且与螺线管线圈单元50的重量增加息息相关。
[0082]
在此，如图6及图7所示，在耦合系数k为0.2以上的区域中，即便使截面积s增加，耦合系数k仍不太会增加。当以使耦合系数k成为比0.2还大的方式来加大截面积s时，就有棒状铁心20的重量显著地变大的可能性且不佳。因而，在螺线管线圈单元50中，以耦合系数k成为未满0.2的截面积s来设计棒状铁心20，可以提高每一螺线管线圈单元50的重量的耦合系数k的值，且能够获得更轻量且较高的供电性能。
[0083]
又，如图6及图7所示，在耦合系数k成为未满0.17的区域中，与截面积s的减少量相对的耦合系数k的降低量会显著地变大。为此，在如耦合系数k成为未满0.17的截面积s中，即便可以使螺线管线圈单元50轻量化，供电性能显著地降低的可能性较高。因而，在螺线管线圈单元50中，优选是以耦合系数k成为0.17以上的截面积s来设计棒状铁心20。
[0084]
如此，在螺线管线圈单元50中，优选是以耦合系数k成为0.17以上且未满0.2的方式来设计棒状铁心20。因为耦合系数k越高就越佳，故而在螺线管线圈单元50中，更优选是以耦合系数k成为0.175以上的方式来设计棒状铁心20，再优选是以耦合系数k成为0.18以上的方式来设计棒状铁心20。在螺线管线圈单元50中，更再优选是以耦合系数k成为0.19以上的方式来设计。
[0085]
又，本技术的发明人从图6及图7的线图导出了棒状铁心20的中央部21的长度l对宽度w的比例l/w优选是满足2≦l/w≦16的关系的知识见解。若该关系被满足，就可以抑制棒状铁心20的截面积s变得过小，而耦合系数k显著地成为较低的值。又，可以抑制棒状铁心20的截面积s变得过大，而螺线管线圈单元50的重量显著地成为较大的值。
[0086]
在本实施方式中，因为螺线管线圈单元50的螺线管线圈10为螺线管型，故而非接触供电时的强健性会比如图16a及图16b所示的现有的环型的线圈单元更高。又，因为螺线管线圈单元50的中心轴方向的长度比现有的螺线管型的线圈单元更大，故而与非接触供电时的往中心轴方向的位置偏移相对的强健性会比现有的螺线管型的线圈单元更提高。
[0087]
如以上，依据本实施方式的螺线管线圈单元50、及具备螺线管线圈单元50的非接触供电装置55，就能够使耦合系数、强健性、轻量化的全部以高水准成立。
[0088]
2.第二实施方式
[0089]
图8a、图8b及图8c各别显示第二实施方式的螺线管线圈单元50a的概略俯视图、概略前视图及概略侧视图。第二实施方式的螺线管线圈单元50a的构成，除了在棒状铁心20的二个端部22各别设置有追加磁极部30以外，其余与在第一实施方式所说明的螺线管线圈单元50大致相同。
[0090]
追加磁极部30从棒状铁心20的端部22外伸，且构成作为厚度比中央部21更小的板状的部位。在第二实施方式中，各个端部22的追加磁极部30具有相同的形状。在第二实施方式中，追加磁极部30在朝向厚度方向观察时具有大致四角形状，且从端部22沿着x方向及y
方向外伸。如图8a、图8b及图8c所示，在第二实施方式中，端部22位于追加磁极部22的x方向上的中央，且以其厚度越远离中央部21变得越小的方式所构成。
[0091]
追加磁极部30的厚度c为固定。从更轻量地构成螺线管线圈单元50a的轻量化的观点来看，追加磁极部30的厚度c越小越佳。追加磁极部30的厚度c优选是中央部21的厚度t的1/2以下，更优选是1/3以下。追加磁极部30的厚度c再优选是中央部21的厚度t的1/5以下。另外，在其他的实施方式中，追加磁极部30的厚度c亦可非为固定。追加磁极部30，例如亦可具有厚度在宽度方向或长度方向连续性地变化的构成。在此情况下，所述的厚度c亦可当作是追加磁极部30的厚度的最大值。
[0092]
在第二实施方式中，追加磁极部30通过与棒状铁心20相同的磁性体材料所构成，且与棒状铁心20一体地制作。在其他的实施方式中，追加磁极部30亦可构成为与棒状铁心20为不同个体，且通过接合而追加安装于端部22。又，追加磁极部30亦可通过与棒状铁心20不同种类的磁性体所构成。
[0093]
如后面所述，螺线管线圈单元50a具有追加磁极部30，由此能够获得抑制重量的增加并同时提高耦合系数k，且提高相对于位置偏移的强健性的功效。
[0094]
另外，追加磁极部30的板面的形状没有被限定于大致四角形状。在其他的实施方式中，追加磁极部30的板面的形状，例如亦可为三角形形状、或多角形形状、正圆形状、椭圆形状。又，追加磁极部30的板面的形状亦可在一方的端部22与另一方的端部22有所不同。在第二实施方式中，追加磁极部30从端部22朝向宽度方向外伸，且追加磁极部30的宽度b比棒状铁心20的端部22的宽度w还大。相对于此，在其他的实施方式中，追加磁极部30亦可不从端部22朝向宽度方向外伸，而是仅朝向中心轴方向外伸。又，追加磁极部30亦可不从端部22朝向中心轴方向外伸，而亦可仅朝向宽度方向外伸。
[0095]
图9显示使用第二实施方式的螺线管线圈单元50a的非接触供电装置55a的示意图。非接触供电装置55a具备第一螺线管线圈单元50a与第二螺线管线圈单元50aa。第二螺线管线圈单元50aa具有与第一螺线管线圈单元50a相同的构成，而具备螺线管线圈10、以及设置有追加磁极部30的棒状铁心20。第二螺线管线圈单元50aa的自感与第一螺线管线圈单元50a相同。又，追加磁极部30的尺寸亦为相同。
[0096]
在非接触供电装置55a中，第一螺线管线圈单元50a相对于第二螺线管线圈单元50aa平行地设置成沿着隔离方向隔着预定的间隔距离g，该第二螺线管线圈单元50aa为进行通过互感应所为的非接触供电的其他的螺线管线圈单元。隔离方向与第一实施方式同样为沿着z方向的方向。在非接触供电装置55a中，与第一实施方式的非接触供电装置55同样，一对螺线管线圈单元50a、50aa相互位置不偏移地设置。在该配置中，第一螺线管线圈单元50a的追加磁极部30、与第二螺线管线圈单元50aa的追加磁极部30平行地配置成彼此的板面往隔离方向相互面向。
[0097]
图10显示表示追加磁极部30的尺寸与耦合系数k的关系的线图。图11显示表示追加磁极部30的面积ps与耦合系数k的关系的线图。图10及图11通过本技术的发明人的实验所获得。
[0098]
该实验中的耦合系数k指在具有图9所示的相同构成的一对螺线管线圈单元50a、50aa之间所获得的值。在此实验中，追加磁极部30设为具有长度a与宽度b相等的大致正方形形状的板面的构成。图10中的追加磁极部30的尺寸相当于追加磁极部30的宽度b。图11中
的追加磁极部30的面积ps亦包含端部22的侧面的面积的值，且相当于乘上追加磁极部30的长度a与宽度b后所得的值。换句话说，ps＝a
×
b。
[0099]
图10的线图如实线部分所示，其显示追加磁极部30越从端部22外伸则耦合系数k就变越大。又，图11的线图显示追加磁极部30的面积越大则耦合系数k就变越大。
[0100]
在此，由二个螺线管线圈单元50a、50aa所构成的磁性回路中的磁阻r以下述的数学式1所表示。如数学式1所示，追加磁极部30的面积ps越大则磁阻r就变越小，同样地磁通会变越大。根据此可明白若加大追加磁极部30的尺寸a、b而加大其面积ps，耦合系数k就会变大。
[0101]
[数学式1]
[0102]
(r：磁阻l：磁路长度μ：磁导率ps：追加磁极部的面积a
×
b)
[0103]
若为追加磁极部30，则通过加大其尺寸，就比加大棒状铁心20的中央部21的长度l或截面积s的情况更容易提高耦合系数k。又，因为追加磁极部30为板状，故而容易通过调整厚度c来构成为轻量。因而，若为第二实施方式的螺线管线圈单元50a，则即便在减小棒状铁心20的中央部21的长度l或截面积s而轻量化后的情况下，仍能够通过设置追加磁极部30来提高耦合系数k。换句话说，若为第二实施方式的螺线管线圈单元50a，就更加容易抑制重量的增大并同时提高耦合系数k。
[0104]
图12所示的线图显示使用现有的线圈单元的非接触供电装置中的线圈单元间的间隔距离g与耦合系数k的关系的一例。以一点链线所示的第一线图gp显示在图16a及图16b所示的现有的环形线圈单元100a中所获得的间隔距离g与耦合系数k的关系的一例。以二点链线所示的第二线图gs显示在图16c及图16d所示的具有平板状的铁氧体磁心102b的现有的螺线管线圈单元100b中所获得的间隔距离g与耦合系数k的关系的一例。在使用现有的线圈单元100a、100b进行非接触供电的情况下，间隔距离g与耦合系数k一般是处于所谓取舍(trade-off)的关系，且处于当加大间隔距离g时耦合系数k就会降低的关系。
[0105]
在此，二个图形gp、gs的周边中的附上网点影线(hatching)的区域ra显示在先前技术中所达成的供电性能的大概范围。以下，亦将区域ra称为“基准区域ra”。在图12中，在耦合系数k被绘于比基准区域ra还靠右上的区域的情况下，可谓该非接触供电装置具有显示比现有更高的高效率的供电性能的构成。反之，在耦合系数k被绘于比基准区域ra还靠左下的区域的情况下，可谓该非接触供电装置具有显示比现有更低效率的供电性能的构成。
[0106]
参照下述的表1。本技术的发明人在图8a、图8b及图8c所示的螺线管线圈单元50a的构成中，制作了设为l＝420mm、w＝50mm、t＝15mm、a＝150mm、b＝150mm、c＝3mm的螺线管线圈单元50a的制造例e，来作为第二实施方式的实施例。
[0107]
[表1]
[0108][0109]
本技术的发明人使用该制造例e来构成图9所示的非接触供电装置55a，且求出设为间隔距离g＝200mm时的耦合系数k。将该结果在图12中描绘为点pi。在此实施例中，可知
耦合系数k的值为0.175，且具有比现有更高效率的较高的供电性能。
[0110]
如此，若为第二实施方式的螺线管线圈单元50a的构成，则通过设置追加磁极部30就能够抑制重量的增加并同时更进一步提高耦合系数k。依据第二实施方式的螺线管线圈单元50a，就不限于间隔距离g为200mm时，即便是在将间隔距离g，例如设定在150mm以上且250mm以下的范围内的任意的值的情况下、或设定在180mm以上且220mm以下的范围内的任意的值的情况下，仍可以将耦合系数设为0.18以上、或0.2以上。
[0111]
其次，将上述的制造例e的重量，与使用现有的平板状铁心与h型铁心的螺线管线圈单元做了比较。将该结果显示于下述的表2。比较例的螺线管线圈单元在间隔距离g短至70mm至100mm时显示出与制造例e同等的耦合系数k。换句话说，制造例e显示出比比较例更为轻量且比比较例更高的供电性能。另外，在比较例的螺线管线圈单元中，当欲将间隔距离g设为200mm来实现同等的耦合系数k时，线圈或铁心的长度就有需要二倍、作为面积而言需要四倍左右的可能性，且重量就会相应地增加。
[0112]
[表2]
[0113][0114]
如从表2所理解，比起使用现有的平板状铁心或h型铁心的螺线管线圈单元，依据第二实施方式的螺线管线圈单元50a，就能够提高供电性能并同时大幅地轻量化，且由此可以使对电动汽车等的搭载成为现实。
[0115]
参照图13及图14来说明螺线管线圈单元50a的强健性。图13示意性地显示构成非接触供电装置55a的一对螺线管线圈单元50a、50aa朝向x方向位置偏移达距离dx的配置状态。图14示意性地显示一对螺线管线圈单元50a、50aa朝向y方向位置偏移达距离dy的配置状态。
[0116]
若是使用第二实施方式的螺线管线圈单元50a的非接触供电装置55a，则即便是在已产生位置偏移的情况下，由于具有追加磁极部30，而仍能由此抑制因位置偏移所致的耦合系数k的降低。因而，可以获得与一对螺线管线圈单元50a、50aa之间的位置偏移相对的较高的强健性。
[0117]
另外，在螺线管线圈单元50a中，追加磁极部30的宽度b优选是比中央部21的宽度w更大。由此，只要追加磁极部30朝向宽度方向外伸，此部分就可以提高与宽度方向的位置偏移相对的强健性。又，在螺线管线圈单元50a中，追加磁极部30的长度a与宽度b优选是相等。
由此，可以提高与中心轴方向与宽度方向的双方的位置偏移相对的强健性。
[0118]
以下，说明本技术的发明人已进行的有关与非接触供电装置55a的位置偏移相对的强健性的实验结果。在此实验中使用上述的制造例e来构成将间隔距离g设为200mm的非接触供电装置55a，且在x方向及y方向各别错开150mm进行了非接触供电。
[0119]
在此，一般而言，电感(inductance)l通过数学式2所表现。在如图13或图14般地产生了位置偏移的情况下，通过磁极彼此于隔离方向重迭的面积s的减少与磁路长度l的增加，电感l就会减少。由于在此实验例中使用于电路的电容器(condenser)的静电电容c为固定，所以电感l会根据数学式3而减少，通过相应地使共振频率f增加而维持共振。
[0120]
[数学式2]
[0121]
(l：电感n：圈数μ：磁导率s：面积l：磁路长度)
[0122]
[数学式3]
[0123]
(f：共振频率c：静电电容)
[0124]
将实验的结果显示于表3。可知在往宽度方向产生了150mm的位置偏移的情况下，虽然92.5％的效率会降低达至85.0％，但是通过如同上述地调整供给频率就能够将效率提升达至91.6％。又，可知在往中心轴方向产生了150mm的位置偏移的情况下，虽然92.2％的效率会降低达至81.9％，但是同样地通过调整供给频率就能够将效率提升达至91.0％。
[0125]
[表3]
[0126][0127]
图15图示表示往作为宽度方向的x方向与作为中心轴方向的y方向各别使位置偏移后的情况的耦合系数k的变化的图表。图15的横轴表示位置偏移量[mm]，纵轴显示以在没有位置偏移的状态下成为1.0的方式正规化后的耦合系数k/k0。
[0128]
线图gx、gy在使用上述的制造例e的非接触供电装置55a中所获得。线图gx在往x方向位置偏移时，线图gy在往y方向位置偏移时。
[0129]
比较例的线图c1至c3以非专利文献1所揭示的耦合系数为基础而线图化所得。比较例的线图c1在使用h型铁心的构成中产生了x方向的位置偏移时。比较例的线图c2在使用h型铁心的构成中产生了y方向的位置偏移时。比较例的线图c3在使用环型的线圈单元的构成中产生了y方向的位置偏移时。另外，有关环型的位置偏移没有x方向及y方向的方向依存性。
[0130]
依据图15，显示在使用螺线管线圈单元50a的制造例e的情况，即便在位置偏移量已达300mm的情况下，仍能够在相对于x方向的位置偏移维持45％以上的耦合系数k、相对于y方向的位置偏移维持20％以上的耦合系数k的状态下进行电力的授受。另一方面，在比较例的线图c1至c3中无论是哪一个都能理解耦合系数k随着位置偏移量变大而急遽地降低。
在比较例的线图c1中在位置偏移量300mm时耦合系数k大致成为零，在比较例的线图c2及c3中在位置偏移量已达100mm的阶段耦合系数k已成为比零还小，且存在无法进行电力的授受的死点(dead spot)。
[0131]
如此评估位置偏移带给电力的传送效率的影响的结果，确认在x方向、y方向都具有较高的强健性。由此非接触供电技术的应用变得更宽广，且对于电动载具的行驶中供电亦更为实际。
[0132]
如以上，依据第二实施方式的螺线管线圈单元50a及使用该螺线管线圈单元50a的非接触供电装置55a，就可以通过设置有追加磁极部30使耦合系数、强健性、轻量化的全部以更高水准成立。
[0133]
3.归纳
[0134]
如表4所示，在现有的环型的线圈单元、或具有平板状铁心的螺线管型的线圈单元、具有h型铁心的螺线管型的线圈单元中，并非是耦合系数、强健性、轻量化的任一个基准都满足的状态。相对于此，依据第一实施方式或第二实施方式的螺线管线圈单元50、50a，则如上面所述，能使耦合系数、强健性、轻量化的全部以高水准成立。又，在现有的环型的线圈单元、或具有平板状铁心的螺线管型的线圈单元中，在位置偏移变大时会发生死点。在具有h型铁心的螺线管型的线圈单元中，会因位置偏移的方向而有发生死点的情形。相对于此，依据第一实施方式或第二实施方式的螺线管线圈单元50、50a，就可以比该些现有的螺线管线圈单元更抑制因位置偏移所致的死点的发生。
[0135]
[表4]
[0136][0137]
以上，虽然已针对本技术的优选的实施方式及实施例加以说明，但是本技术并非被限定于此种的实施方式或实施例。本技术所揭示的构成可以在本技术的技术思想范围内施加各种的变更或修正。例如，亦可将上述的第一实施方式或第二实施方式的螺线管线圈单元50、50a使用于构成不同的其他的线圈单元之间的非接触供电。
[0138]
附图标记说明
[0139]
10
ꢀꢀ
螺线管线圈
[0140]
20
ꢀꢀ
棒状铁心
[0141]
21
ꢀꢀ
中央部
[0142]
22
ꢀꢀ
端部
[0143]
30
ꢀꢀ
追加磁极部
[0144]
50,50a,50a,50aa
ꢀꢀ
螺线管线圈单元
[0145]
55,55a
ꢀꢀ
非接触供电装置
[0146]
100a,100b 线圈单元
[0147]
101a
ꢀꢀ
环型线圈
[0148]
101b
ꢀꢀ
螺线管型线圈
[0149]
102a
ꢀꢀ
圆盘状的铁氧体磁心
[0150]
102b
ꢀꢀ
平板状的铁氧体磁心
[0151]
cx
ꢀꢀ
中心轴
[0152]
mf
ꢀꢀ
磁通。