线圈单元、送电装置以及受电装置的制作方法

本发明涉及在以非接触方式向受电装置输送电力的送电装置以及以非接触方式从送电装置接受电力的受电装置中使用的线圈单元。

背景技术：

如日本特开2013-154815、日本特开2013-146154、日本特开2013-146148、日本特开2013-110822、日本特开2013-126327所公开的那样，已知以非接触方式向受电装置输送电力的送电装置以及以非接触方式从送电装置接受电力的受电装置。如日本特开2016-129164所公开的那样，以非接触方式送受电力的这些装置具备：具有对向面以及背面的大致板状的铁氧体磁芯、和呈环状配置的设置在铁氧体磁芯的对向面上的环状的线圈。所谓对向面，在送电装置的情况下是送电侧的铁氧体磁芯的接近受电装置一侧的表面，在受电装置的情况下是受电侧的铁氧体磁芯的接近送电装置一侧的表面。

技术实现要素：

一般而言，在送电装置以及受电装置中，使用了具有相同构造的线圈单元。线圈单元具有板状的铁氧体磁芯以及呈环状卷绕的环状的线圈。对于线圈，例如在俯视下卷绕成大致矩形的情况下，设置有4个直线部(边部)，并且在四个角处以使卷绕方向改变90°的方式设置有弯曲部(角部)。

在具有该结构的线圈单元220中，线圈在其直线部以直线方式横穿铁氧体磁芯，在弯曲部以曲线方式横穿铁氧体磁芯。因此，在线圈的直线部和弯曲部，对在铁氧体磁芯中流通的每单位长度的磁通进行比较时，相比于直线部而在弯曲部流通更多的磁通。其结果是，对于在铁氧体磁芯中流通的磁通的密度，弯曲部比直线部高。进而，在弯曲部，在线圈的径向的中心部区域，在铁氧体磁芯中流通的磁通的密度变高。根据以上所述，对于与线圈的弯曲部相对向的铁氧体磁芯，与线圈的径向的中心部区域对应的区域的磁通密度最高。由此，以磁通密度最高的区域为中心，铁氧体磁芯的温度呈放射状变高。

若在一片铁氧体磁芯中产生温度高的区域和温度低的区域，则在铁氧体磁芯内会产生温度梯度，在铁氧体磁芯的内部会产生热应力。若在铁氧体磁芯的内部产生热应力，则铁氧体磁芯的磁阻会变大。若在磁阻变大的铁氧体磁芯的区域流通磁通，则磁能量会被转换成热。因此，铁氧体磁芯的该部分的温度会进一步上升，磁能量的损失变大。

本公开(disclosure)提供能够抑制磁能量的损失的线圈单元、具备该线圈单元的送电装置以及受电装置。

本公开所记载的线圈单元具备板状的铁氧体磁芯和线圈，所述线圈与上述铁氧体磁芯相对向配置，围绕沿上述铁氧体磁芯的厚度方向延伸的卷绕轴的周围，并具有多个弯曲部，所述线圈单元具备以下结构。

上述线圈的上述多个弯曲部的各弯曲部，夹着经过上述多个弯曲部各自的曲率中心的虚拟直线而卷绕，上述铁氧体磁芯包括与多个上述弯曲部的各弯曲部相对向配置的弯曲部铁氧体磁芯，在设上述虚拟直线延伸的方向为长度方向、设与上述虚拟直线正交的方向为宽度方向的情况下，上述弯曲部铁氧体磁芯设置成在与上述线圈相对向的区域中磁通密度最高的区域的宽度比其他区域的宽度大。

如此，磁通密度最高的区域成为铁氧体磁芯的温度变高的区域，但通过使该区域的宽度比其他区域的宽度大，能够使所发出的热量分散。由此，能够避免磁通密度最高的区域成为高温状态。

在本公开所记载的线圈单元中，与线圈的弯曲部相对向的各弯曲部铁氧体磁芯构成为，通过使铁氧体磁芯的温度变高的区域的宽度比其他区域大，与发热的状况对应地分散热。由此，在将各弯曲部铁氧体磁芯作为整体进行观察的情况下，会实现热的均等化。其结果是，能够抑制各弯曲部铁氧体磁芯的热梯度的产生，减少热应力的产生。由此，能够使磁能量的损失减少。

下面将参考附图说明本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和产业上的意义，其中，相同的附图标记表示相同的元素。

附图说明

图1是表示非接触充电系统的示意图。

图2是表示非接触充电系统的电路结构的图。

图3是关联技术中的送电装置以及受电装置所使用的线圈单元所采用的铁氧体磁芯以及线圈的俯视图。

图4是表示关联技术中的铁氧体磁芯的发热状态的示意图。

图5是图3中的V-V线箭视剖视图。

图6是实施方式1中的送电装置以及受电装置所使用的线圈单元所采用的铁氧体磁芯以及线圈的俯视图。

图7是图6中的VII-VII线箭视剖视图。

图8是表示实施方式1中的铁氧体磁芯的发热状态的示意图。

图9是图8中的由IX包围的区域的局部放大图。

图10是其他实施方式中的送电装置以及受电装置所使用的线圈单元所采用的铁氧体磁芯以及线圈的局部放大图。

图11是其他实施方式中的送电装置以及受电装置所使用的线圈单元所采用的铁氧体磁芯以及线圈的局部放大图。

具体实施方式

以下，参照附图对各实施方式进行说明。在以下说明的实施方式中，在提及个数、量等的情况下，除非有特别记载，则不一定限定于该个数、量等。有时对相同的部件、相当的部件标注相同的参照编号，不反复进行重复说明。从一开始就预定了可以组合使用各实施方式中的结构。在附图中，并没有按实际的尺寸比率进行记载，为了容易理解构造而使一部分比率不同地进行了记载。

图1示意性示出了非接触充电系统1。非接触充电系统1具备受电装置10以及送电装置20。受电装置10包括框体11和收纳在框体11中的线圈单元12。送电装置20包括框体21和收纳在框体21中的线圈单元22。在本实施方式中，受电装置10搭载于车辆2，送电装置20设置于地面。

图2示出了非接触充电系统1的电路结构。受电装置10的线圈单元12包括受电用的线圈12L、电容器12C、滤波器单元13、14、以及整流器12F。整流器12F包括未图示的多个开关元件。受电装置10以非接触方式从送电装置20接受电力。受电装置10(受电用的线圈12L)所接受的交流电力，通过整流器12F变换成直流电力并供给到电池12B。

受电装置10的滤波器单元13设置在电容器12C与整流器12F之间，受电装置10的滤波器单元14设置在受电用的线圈12L与整流器12F之间。滤波器单元13、14抑制因整流器12F驱动而产生的噪声从受电用的线圈12L向外部放射。

送电装置20的线圈单元22包括送电用的线圈22L、电容器22C、滤波器单元23、24以及变频器22F。变频器22F包括未图示的多个开关元件。变频器22F对从电源22B供给的交流电流的频率进行变更，将电压进行升压并供给到送电用的线圈22L。

送电装置20的滤波器单元23设置在电容器22C与变频器22F之间，送电装置20的滤波器单元24设置在送电用的线圈22L与变频器22F之间。在滤波器单元23、24与变频器22F之间，也可以以与送电用的线圈22L并联的方式连接有电容器。滤波器单元23、24抑制因变频器22F驱动而产生的噪声从送电用的线圈22L向外部放射。

再次参照图1，送电装置20在被配置成与受电装置10相对向的状态下，以非接触方式向受电装置10输送电力。受电装置10在被配置成与送电装置20相对向的状态下，以非接触方式从送电装置20接受电力。在图1所示的例子中，受电装置10配置在车辆2的底面，送电装置20设置在地面，因此在电力传输时，受电装置10与送电装置20在上下方向上相对向。

在本实施方式中，从与送电装置20相对向的受电装置10朝向送电装置20的方向，成为向下方向D。从与受电装置10相对向的送电装置20朝向受电装置10的方向，成为向上方向U。上述的各方向可能根据受电装置10的搭载位置以及送电装置20的配置位置而不同。

送电装置20所使用的线圈单元22以及受电装置10所使用的线圈单元12的结构相同。以下，对关联技术的线圈单元220以及本实施方式的线圈单元320进行说明。

参照图3～图5，对关联技术的线圈单元220进行说明。图3是关联技术中的线圈单元220所采用的铁氧体磁芯以及线圈的俯视图，图4是表示关联技术中的铁氧体磁芯的发热状态的示意图，图5是图3中的V-V线箭视剖视图。

参照图3，线圈单元220具备：板状的铁氧体磁芯221、222；以及线圈22L，其与该铁氧体磁芯221、222相对向配置，围绕沿铁氧体磁芯221、222的厚度方向(与纸面垂直方向)延伸的卷绕轴P0的周围，通过多个弯曲部22L1和多个直线部22L2而具有环状的形态。

线圈22L从卷绕轴P0方向观察而具有矩形(长方形形状)的形态。弯曲部22L1设置于线圈22L的四个角，在各弯曲部22L1，线圈22L以90度的角度卷绕。直线部22L2连接弯曲部22L1的一端和另一端。

板状的铁氧体磁芯221、222包括：与线圈22L的弯曲部22L1相对向配置的弯曲部铁氧体磁芯221、和与线圈22L的直线部22L2相对向配置的直线部铁氧体磁芯222。

弯曲部铁氧体磁芯221包括三片铁氧体磁芯，具有位于中央的中央部铁氧体磁芯221a和从两侧夹着该中央部铁氧体磁芯221a的两片侧部铁氧体磁芯221b。中央部铁氧体磁芯221a以及侧部铁氧体磁芯221b都具有从线圈22L的弯曲部22L1的内侧向外侧延伸的形态。

直线部铁氧体磁芯222包括三片直线部铁氧体磁芯222a，都具有从线圈22L的直线部22L2的内侧向外侧延伸的矩形形状的形态。

中央部铁氧体磁芯221a以及侧部铁氧体磁芯221b的从线圈22L的弯曲部22L1向外侧凸出的区域的端部，具有沿着收纳线圈单元220的矩形框体的内部形状的外形轮廓(斜边)。侧部铁氧体磁芯221b的从线圈22L的弯曲部22L1向内侧凸出的区域的端部，具有沿着相邻的直线部铁氧体磁芯222a的侧边的外形轮廓(斜边)。

在上述结构的线圈单元220中，线圈22L在其直线部22L2，以直线方式横穿直线部铁氧体磁芯222，在弯曲部22L1以曲线方式横穿弯曲部铁氧体磁芯221。因此，在线圈22L的直线部22L2和弯曲部22L1，当对在铁氧体磁芯221、222中流通的每单位长度的磁通进行比较时，相比于直线部，在弯曲部流通更多的磁通。其结果是，对于在铁氧体磁芯221、222中流通的磁通的密度，弯曲部比直线部高。进而，在弯曲部，在线圈22L的径向的中心部区域，在弯曲部铁氧体磁芯221中流通的磁通的密度变高。

根据以上所述，如图4所示，对于与线圈22L的弯曲部22L1相对向的弯曲部铁氧体磁芯221，在与线圈22L的径向的中心部区域C2对应的区域磁通密度最高。由此，在以磁通密度最高的中心部区域C2为中心而与放射状区域C1对应的区域，弯曲部铁氧体磁芯221的温度变高。在图4中，未标注点阴影的区域表示高温的区域，标注有点阴影的区域表示低温的区域。

另外，在关联技术的线圈单元220中，在弯曲部铁氧体磁芯221彼此之间以及弯曲部铁氧体磁芯221与直线部铁氧体磁芯222之间，设置有间隙(gap)223。在间隙223的区域并不通过磁通。由此，磁通会集中通过设置有弯曲部铁氧体磁芯221的区域。其结果是，进一步提高设置有弯曲部铁氧体磁芯221的区域中的磁通密度，如图5所示，磁力线ML的从中央部铁氧体磁芯221a的表面起的高度h变高，能够提高电力的送受电效率。但是，弯曲部铁氧体磁芯221会成为更高温的状态。

再次参照图4，弯曲部铁氧体磁芯221的与线圈22L的弯曲部22L1相对向的区域，因为会流通较多的磁通，所以相比于从与弯曲部铁氧体磁芯221相对向的线圈22L的弯曲部22L1溢出的内侧以及外侧区域，会成为高温的状态。特别是，在线圈22L的弯曲部22L1，在线圈22L的区域C2以及区域C1，会流通较多的磁通而磁通密度变高。磁通密度变高的区域会成为高温的状态。其结果是，与弯曲部22L1相对向的弯曲部铁氧体磁芯221的温度比其他区域高。

在此，若观察一片中央部铁氧体磁芯221a的温度状态，则在区域C2温度最高，而中央部铁氧体磁芯221a的从弯曲部22L1溢出的内侧以及外侧区域的温度为低温。其结果是，在一片中央部铁氧体磁芯221a中会产生大的温度梯度。

若在铁氧体磁芯的内部产生大的温度梯度，则在铁氧体磁芯的内部会产生热应力。若在铁氧体磁芯的内部产生热应力，则铁氧体磁芯的磁阻会变大。若磁通穿过磁阻变大的铁氧体磁芯的区域，则磁能量会被转换成热。因此，铁氧体磁芯的该部分的温度会进一步上升，磁能量的损失变大。

因此，以下对具备能够抑制这样的磁能量损失的结构的线圈单元的各实施方式进行说明。

参照图6～图9，对实施方式1的线圈单元320进行说明。该线圈单元320能够在图1所说明的非接触充电系统1中用于受电装置10的线圈单元和送电装置20的线圈单元的任一方。

图6是送电装置以及受电装置所使用的线圈单元320所采用的铁氧体磁芯321、322以及线圈22L的俯视图，图7是图6中的VII-VII线箭视剖视图，图8是表示铁氧体磁芯321、322的发热状态的示意图，图9是图8中的由IX包围的区域的局部放大图。

参照图6，线圈单元320具备：板状的铁氧体磁芯321、322；以及线圈22L，其与该铁氧体磁芯321、322相对向配置，围绕沿铁氧体磁芯321、322的厚度方向(与纸面垂直方向)延伸的卷绕轴P0的周围，通过多个弯曲部22L1和多个直线部22L2而具有环状的形态。

线圈22L与使用图3说明的线圈22L相同，对同一部位标注同一参照编号而不反复进行重复说明。线圈22L的弯曲部22L1具有夹着经过弯曲部22L1的曲率中心(curvature center)R1的虚拟直线L1而与一方的直线部22L2连结的一侧22L11和与另一方的直线部22L2连结的另一侧22L12。即，弯曲部22L1夹着虚拟直线L1而卷绕。在四个角的弯曲部22L1的各弯曲部，全都同样。

在本实施方式中，线圈22L从卷绕轴P0方向观察而具有矩形(长方形)的形态，弯曲部22L1设置在线圈22L的四个角，在各弯曲部22L1，线圈22L以90度的角度卷绕。虚拟直线L1是将弯曲部22L1以45度的角度分成两部分的直线。由此，夹着虚拟直线L1，弯曲部22L1成为对称的形态。

铁氧体磁芯321包括第1弯曲部铁氧体磁芯321a和第2弯曲部铁氧体磁芯321b，所述第1弯曲部铁氧体磁芯321a位于虚拟直线L1的一侧，与线圈22L的一侧22L11对应地配置，从弯曲部22L1的内侧向外侧延伸，所述第2弯曲部铁氧体磁芯321b位于虚拟直线L1的另一侧，与线圈22L的另一侧22L12对应地配置，从弯曲部22L1的内侧向外侧延伸。第1弯曲部铁氧体磁芯321a和第2弯曲部铁氧体磁芯321b夹着虚拟直线L1而具有线对称的形态。

在四个角，包括第1弯曲部铁氧体磁芯321a以及第2弯曲部铁氧体磁芯321b的铁氧体磁芯321都具有同样的形态。

在位于四个角的铁氧体磁芯321之间，设置有直线部铁氧体磁芯322，该直线部铁氧体磁芯322与线圈22L的直线部22L2相对向配置，从直线部22L2的内侧向外侧延伸。在线圈22L的短边侧(图示的上边和下边)，在铁氧体磁芯321之间分别配置有一片直线部铁氧体磁芯322。在线圈22L的长边侧(图示的左右边)，在铁氧体磁芯321之间分别配置有四片直线部铁氧体磁芯322。直线部铁氧体磁芯322都是长方形形状。

再次，对构成位于四个角的铁氧体磁芯321的第1弯曲部铁氧体磁芯321a以及第2弯曲部铁氧体磁芯321b的形状进行说明。

第1弯曲部铁氧体磁芯321a具有如下的外形形态，该外形形态具有：位于虚拟直线L1侧的直线边321La；随着从直线边321La的外侧端以及内侧端分别朝向直线边321La的内侧，在从直线边321La远离的方向上倾斜的外侧斜边321Sa；以及相比于外侧斜边321Sa而缓慢地在从直线边321La远离的方向上倾斜的内侧斜边321Ta。

在第1弯曲部铁氧体磁芯321a的线圈22L的内侧的区域，设置有从直线边321La的内侧端向直线部铁氧体磁芯322延伸的延长边321Pa，该延长边32Pa与外侧斜边321Sa交叉。

第2弯曲部铁氧体磁芯321b也具有与第1弯曲部铁氧体磁芯321a同样的形态，具有如下的外形形态，该外形形态具有：位于虚拟直线L1侧的直线边321Lb；随着从直线边321Lb的外侧端以及内侧端分别朝向直线边321Lb的内侧，在从直线边321Lb远离的方向上倾斜的外侧斜边321Sb；以及相比于外侧斜边321Sb而缓慢地在从直线边321Lb远离的方向上倾斜的内侧斜边321Tb。

在第2弯曲部铁氧体磁芯321b的线圈22L的内侧的区域，设置有从直线边321Lb的内侧端向直线部铁氧体磁芯322延伸的延长边321Pb，该延长边321Pb与外侧斜边321Sb交叉。

在弯曲部铁氧体磁芯321彼此之间以及弯曲部铁氧体磁芯321与直线部铁氧体磁芯322之间，设置有间隙(gap)323。具体而言，在弯曲部铁氧体磁芯321彼此之间，设置有四片直线部铁氧体磁芯322，在弯曲部铁氧体磁芯321与直线部铁氧体磁芯322之间设置有间隙(gap)323。

该间隙323为从线圈22L的内侧向外侧在线圈22L的周向上间隔变宽的形态。在间隙323的区域并不通过磁通。由此，磁通能够集中通过设置有铁氧体磁芯321、322的区域、特别是弯曲部铁氧体磁芯321。

其结果是，进一步提高设置有弯曲部铁氧体磁芯221的区域的磁通密度，如图7所示，磁力线ML的从弯曲部铁氧体磁芯221的表面起的高度h变高，能够提高电力的送受电效率。

接着，参照图8以及图9，对具备上述结构的线圈单元320的铁氧体磁芯321、322的发热状态进行说明。图8是表示铁氧体磁芯321、322的发热状态的示意图，图中的标注有点阴影的区域表示温度低的区域，没有点阴影的区域表示温度高的区域。

参照图8，在本实施方式的铁氧体磁芯321的结构中，第1弯曲部铁氧体磁芯321a的形态，如上所述是具有位于虚拟直线L1侧的直线边321La、外侧斜边321Sa、内侧斜边321Ta以及延长边321Pa的形态。

在将第1弯曲部铁氧体磁芯321a的虚拟直线L1所延伸的方向设为长度方向L、将与虚拟直线L1正交的方向设为宽度方向W的情况下，第1弯曲部铁氧体磁芯321a在长度方向L的中央具有最大宽度区域W10。该最大宽度区域W10位于2个内侧斜边321Ta的交点P10的位置，成为与线圈22L的大致中央区域对应的区域。

与线圈22L的大致中央区域对应的区域，是如使用上述的图4说明的那样由于磁通集中而磁通密度变大的区域。其结果是，与线圈22L的大致中央区域对应的区域，成为第1弯曲部铁氧体磁芯321a中温度容易变为最高的区域。因此，在与线圈22L的大致中央区域对应的区域中使第1弯曲部铁氧体磁芯321a的宽度(W方向：W10)最大，随着朝向线圈22L的磁通密度减少的两侧方向(换言之是朝向第1弯曲部铁氧体磁芯321a的两端的方向，L方向)，使第1弯曲部铁氧体磁芯321a的宽度(W方向：W11，W21)减小。也就是说，对于发热多的区域，使第1弯曲部铁氧体磁芯321a的宽度(W方向)增大，对于发热小的区域，使第1弯曲部铁氧体磁芯321a的宽度(W方向)减小。第2弯曲部铁氧体磁芯321b也同样。

通过采用该结构，能够使所发出的热分散。由此，能够避免发热多的区域成为高温状态，与线圈22L的弯曲部22L1相对向的弯曲部铁氧体磁芯321成为如下结构：通过使铁氧体磁芯的温度变高的区域的宽度比其他区域大，与发热的状况对应地分散热。由此，在将弯曲部铁氧体磁芯321作为整体进行观察的情况下，会实现热的均等化。其结果是，能够抑制弯曲部铁氧体磁芯的热梯度的产生，减少热应力的产生。由此，能够使磁能量的损失减少。在本实施方式中，与上述的图4以及图5所示的铁氧体磁芯221的结构相比，能够使热应力减少约75％。

另外，在弯曲部铁氧体磁芯321与直线部铁氧体磁芯322之间，因为设置有间隙323，所以成为如下状况：由于磁通集中通过设置有弯曲部铁氧体磁芯321的区域，因此弯曲部铁氧体磁芯321容易变为高温。但是，在本实施方式中，通过采用上述结构，实现了热的均等化，因此将维持磁力线ML的从弯曲部铁氧体磁芯321的表面起的高度h而提高电力的送受电效率这一状态维持不变，能够抑制弯曲部铁氧体磁芯的热梯度的产生，减少热应力的产生，能够减少磁能量的损失。

进而，因为第1弯曲部铁氧体磁芯321a和第2弯曲部铁氧体磁芯321b夹着虚拟直线而隔开间隙地配置，所以能够使发热分散到两片铁氧体磁芯，在这一点上也能够避免铁氧体磁芯局部发热。

在上述的实施方式中，对于位于角部的弯曲部铁氧体磁芯321，设为第1弯曲部铁氧体磁芯321a和第2弯曲部铁氧体磁芯321b的两片结构，但也可以如图10所示那样将弯曲部铁氧体磁芯321由一片铁氧体磁芯来构成。

进而，作为其他实施方式，图8以及图9所示的第1弯曲部铁氧体磁芯321a的外侧斜边321Sa以及内侧斜边321Ta通过逐渐倾斜而使第1弯曲部铁氧体磁芯321a的宽度(W方向)变化，但也可以如图11所示那样，通过采用阶梯状的外形轮廓来使第1弯曲部铁氧体磁芯321a的宽度(W方向)变化。第2弯曲部铁氧体磁芯321b的宽度也同样。

在上述实施方式中，第1弯曲部铁氧体磁芯321a和第2弯曲部铁氧体磁芯321b采用了夹着虚拟直线L1成为线对称的形态，但也可以根据需要，使第1弯曲部铁氧体磁芯321a和第2弯曲部铁氧体磁芯321b的形状不同。

应该认为，本次公开的实施方式在所有方面都是例示性而非限制性的内容。在本发明的范围内，能够对上述实施方式进行各种变更。

本发明能够适用于以非接触方式向受电装置输送电力的送电装置、以及以非接触方式从送电装置接受电力的受电装置。