共振器和無線電力傳輸設(shè)備的制作方法
【專利摘要】根據(jù)本發(fā)明的實施方式，提供一種共振器和無線電力傳輸設(shè)備。所述共振器包括：第一磁性材料芯，第一繞組和第一凸部。該第一磁性材料芯包括至少一個磁性材料的第一芯塊。該第一繞組纏繞在第一磁性材料芯的周圍。該第一凸部形成為從在該芯塊的第一端和該第一繞組之間的芯塊的一部分突出。
【專利說明】共振器和無線電力傳輸設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]這里所述的實施方式涉及共振器和無線電力傳輸設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002]已知無線電力傳輸設(shè)備，其具有彼此相對的初級共振器和次級共振器，并進(jìn)行無線電力傳輸。初級共振器和次級共振器每個通過將線圈纏繞在磁性材料芯的周圍而構(gòu)建。初級和次級磁性材料芯的每個包括在平面表面上間隔開的多個芯。該構(gòu)造允許在與線圈在初級共振器和次級共振器之間的纏繞方向相同的方向上的位置偏移，并允許減小尺寸和重量。然而，在垂直于線圈纏繞方向的方向上(線圈的縱向方向)，存在允許的位置偏移范圍較窄的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種共振器，所述共振器包括:第一磁性材料芯，所述第一磁性材料芯包括至少一個磁性材料的芯塊；第一繞組，所述第一繞組纏繞在所述第一磁性材料芯的周圍；和第一凸部，所述第一凸部形成為從在所述芯塊的第一端和所述第一繞組之間的芯塊的一部分突出。
[0004]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種在設(shè)置為彼此相對的第一共振器和第二共振器之間傳輸電力的無線電力傳輸設(shè)備，其中所述第一共振器包括:第一磁性材料芯，所述第一磁性材料芯包括至少一個磁性材料的芯塊；第一繞組，所述第一繞組纏繞在所述第一磁性材料芯的周圍；第一凸部，所述第一凸部形成為從在所述芯塊的第一端和第一繞組之間的芯塊的一部分突出，并且所述第二共振器包括:第二磁性材料芯，所述第二磁性材料芯包括至少一個磁性材料的芯塊；第二繞組，所述第二繞組纏繞在所述第二磁性材料芯的周圍；和第二凸部，所述第二凸部形成為從在所述第二繞組和所述第二磁性材料芯的芯塊的第一端之間的第二磁性材料芯的芯塊的一部分突出，所述第二磁性材料的芯塊的第一端與所述第一磁性材料芯的芯塊的第二端處于同一側(cè)，所述第一磁性材料的芯塊的第二端相對于所述第一繞組處于所述第一磁性材料的芯塊的第一端的相對側(cè)上。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種共振器，該共振器包括:第一磁性材料芯，所述第一磁性材料芯包括至少一個磁性材料的芯塊；第一繞組，所述第一繞組纏繞在所述第一磁性材料芯的周圍；和第一凸部，所述第一凸部形成為從在所述芯塊的第一端和所述第一繞組之間的芯塊的一部分突出，其中第一距離限定為在所述芯塊的縱向方向上從由所述第一繞組纏繞的芯塊部分的中心到所述芯塊的第一端的距離，所述第一凸部形成在所述第一端和在所述芯塊的縱向方向上與所述第一端分開所述第一距離的一半的位置之間。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1表根據(jù)第一實施方式的無線電力傳輸設(shè)備；
[0007]圖2表示在第一實施方式中的線圈的縱向方向上的位置偏移；
[0008]圖3表示共振器及其尺寸的頂視圖；
[0009]圖4表示在兩個共振器之間存在位置偏移時，耦合系數(shù)的測量結(jié)果的圖；
[0010]圖5表示在初級共振器和次級共振器之間的位置偏移；
[0011]圖6表示當(dāng)初級共振器沒有凸部時的磁場分布；
[0012]圖7表示當(dāng)初級共振器具有凸部時的磁場分布；
[0013]圖8表示次級共振器的尺寸比初級共振器的尺寸略小時，在次級共振器和初級共振器之間的位置偏移；
[0014]圖8A表示初級共振器的尺寸比次級共振器的尺寸略小時，在次級共振器和初級共振器之間的位置偏移；
[0015]圖9表示在次級共振器和初級共振器之間的位置偏移，這些共振器的線圈均纏繞在從芯塊中心偏置的位置處；
[0016]圖10表示在次級共振器和初級共振器之間的位置偏移的另一個例子，這些共振器的線圈均纏繞在從芯塊中心偏置的位置處；
[0017]圖11表不根據(jù)第二實施方式的無線電力傳輸設(shè)備；
[0018]圖12表示在第二實施方式中，在線圈的縱向方向上的位置偏移；
[0019]圖13表示當(dāng)初級共振器和次級共振器具有相同尺寸時的位置偏移；
[0020]圖14表示當(dāng)次級共振器的尺寸比初級共振器的尺寸略小時的位置偏移；
[0021]圖15表示在次級共振器和初級共振器之間的位置偏移，所述共振器的線圈均纏繞在從芯塊的中心偏置的位置處；
[0022]圖16表示在次級共振器和初級共振器之間的位置偏移的另一個例子，所述共振器的線圈均纏繞在從芯塊中心偏置的位置處；
[0023]圖17表示共振器的變形；
[0024]圖18表示共振器的可選變形；
[0025]圖19表示共振器的另一個可選變形；和
[0026]圖20表示在纏繞著兩個線圈的初級共振器和纏繞著一個線圈的次級共振器之間的位置偏移的示例。

【具體實施方式】
[0027]根據(jù)該實施方式，提供一種共振器，包括:第一磁性材料芯、第一線圈和第一凸部。
[0028]第一磁性材料芯包括至少一個磁性材料的芯塊。
[0029]第一線圈纏繞在第一磁性材料芯的周圍。
[0030]第一凸部形成為從在芯塊的第一端和第一線圈之間的芯塊的一部分突出。
[0031]下文中將參考附圖詳細(xì)描述實施方式。
[0032]第一實施例
[0033]圖1表根據(jù)第一實施方式的無線電力傳輸設(shè)備。該無線電力傳輸設(shè)備包括初級共振器和次級共振器。
[0034]圖1 (A)表示初級共振器和次級共振器的平面圖。圖1 (B)表示初級共振器和次級共振器的側(cè)視圖，圖1 (C)表示初級共振器和次級共振器的正視圖。
[0035]初級共振器11包括磁性材料芯12和纏繞在磁性材料芯12周圍的線圈13。磁性材料芯12包括互相間隔開的芯塊14、15。芯塊14、15具有大致平坦的板狀，并靠近線圈13內(nèi)部的左右端。線圈13纏繞成使得線圈13的中心與芯塊14、15的中心一致或幾乎一致。在芯塊14、15中，線圈纏繞在其周圍的部分和該部分附近向內(nèi)加寬。由于在電力傳輸時磁通量集中在這些部分，寬度被加寬以減小芯損失。而且，通過使線圈纏繞部分之外的部分變窄，磁性材料的量顯著減少，致使重量減小。
[0036]凸部14a、14b形成為從在線圈13和芯塊14的一端之間以及線圈13和芯塊14的另一端之間的芯塊部分突出。類似地，凸部15a、15b形成為從在線圈13和芯塊15的一端之間以及線圈13和芯塊15的另一端之間的芯塊部分突出。在每個芯塊的面中，這些凸部形成在當(dāng)初級共振器與次級共振器相對時與次級共振器相對的面上。凸部14a、14b可以由比芯塊14具有更大矯頑力的磁性材料形成。凸部15a、15b可以由比芯塊15具有更大矯頑力的磁性材料形成。
[0037]次級共振器51具有與初級共振器相同的構(gòu)造，除了不具有凸部之外。也即，次級共振器51包括磁性材料芯52和纏繞在磁性材料芯52周圍的線圈53。磁性材料芯52包括互相間隔開的芯塊54、55。芯塊54、55靠近線圈53內(nèi)部的左端和右端。芯塊54、55具有大致平坦的板狀。線圈53纏繞為使得其中心與芯塊的中心一致或幾乎一致。在芯塊14、15中，線圈纏繞在其周圍的部分及該部分附近向內(nèi)加寬。
[0038]在圖1中，附圖標(biāo)記“D1”表示從初級共振器的芯塊的一端或另一端到其中心(更具體地，在芯塊的縱向方向上，線圈纏繞著的芯塊部分的中心)的尺寸(距離)，而附圖標(biāo)記“D2”表示從次級共振器的芯塊的一端或另一端到其中心(更具體地，在芯塊的縱向方向上，線圈纏繞著的芯塊部分的中心)的尺寸(距離)。
[0039]現(xiàn)在可以描述當(dāng)初級共振器和次級共振器在電力傳輸時相對時，可能發(fā)生在初級共振器和次級共振器之間的位置偏移。該位置偏移包括在線圈寬度方向上(在線圈纏繞方向上)的位置偏移和在線圈縱向方向上(在垂直于線圈纏繞方向的方向上)的位置偏移。當(dāng)初級共振器和次級共振器相對，使得在線圈的縱向方向和寬度方向上的中心相應(yīng)地重合時，初級共振器和次級共振器處于在任一方向上都沒有位置偏移的狀態(tài)。
[0040]圖2表示位置偏移發(fā)生在初級共振器11和次級共振器51之間的線圈的縱向方向上的狀態(tài)。在實施方式中，作為一個特征，通過形成在初級共振器11的芯塊上的凸部，可以維持高的耦合系數(shù)，即使在發(fā)生線圈縱向方向上的位置偏移時。高的耦合系數(shù)的維持允許高的傳輸效率。
[0041]圖3 (A)表示共振器的頂視圖，其具有與圖1 (A)左側(cè)所示的次級共振器相同的構(gòu)造和尺寸。共振器的線圈的寬度方向示出為X軸，而縱向方向示出為y軸。圖3 (B)是橫截面圖，表示當(dāng)如圖3 (A)所示那樣的兩個相同的共振器準(zhǔn)備好并相對時，在X軸方向(在線圈的寬度方向)上的位置偏移。這里，凸部沒有形成在任一個共振器中。該實施方式主要旨在增加對位置偏移尤其是除X軸方向之外的I軸方向上的位置偏移的容差，特別是I軸方向上(線圈的縱向方向)。
[0042]圖4表不當(dāng)如圖3 (A)所不的兩個相同的共振器相對設(shè)置,然后位置偏移發(fā)生在X軸和y軸方向上時，耦合系數(shù)的測量值的圖。實線圖是在X軸方向上的位置偏移與耦合系數(shù)的關(guān)系圖，而虛線圖是在y軸方向上的位置偏移與耦合系數(shù)的關(guān)系圖。橫坐標(biāo)表示位置偏移的長度，而縱坐標(biāo)表示耦合系數(shù)的值。相對的線圈之間的距離是150_。
[0043]線圈之間的效率依賴于耦合系數(shù)“k”和“Q”值的積。在采用“Q” =200、耦合系數(shù)“k”>0.15的共振器的情形下，得到的線圈之間的效率大于95%。當(dāng)將耦合系數(shù)“k”設(shè)置為等于0.15或更大作為標(biāo)準(zhǔn)時，允許的位置偏移范圍X軸方向等于150mm、y軸方向等于10mmtjy軸方向所允許的范圍小的原因是存在一個點，在該點處，通過次級線圈的磁通量的總和是O。在圖中所示的例子中，當(dāng)I軸方向上的位置偏移是200mm時，由于消除磁通量而發(fā)生耦合系數(shù)的下降。I軸方向上的位置偏移對應(yīng)于I軸方向上尺寸(460mm)的43%。該耦合屬性依賴于共振器的外部尺寸。
[0044]這里，從次級共振器的芯塊的端部到芯塊中心的距離表示為“D (A) ”(在圖3的例子中，“D(A) ”是230mm)。在這種情況下，當(dāng)y軸方向上的位置偏移是“D(A)/2”時，可以將耦合系數(shù)提高到大約0.15，位置偏移的影響變得等于在X軸方向上的位置偏移的影響，這可以提高效率。也即，可以將y軸方向上的位置偏移的容差提高到與X軸方向上的位置偏移的容差的水平相同?；谠谡Ｊ褂弥邪l(fā)生的位置偏移的最大長度為“D(A)/2”的假設(shè)，考慮將此時的稱合系數(shù)提聞到大約0.15。
[0045]圖5表示在圖1所示的初級共振器和次級共振器中，在y軸方向位置偏移的狀態(tài)。下文中，在一些情況下，根據(jù)實施方式的初級共振器總稱為初級共振器B，而次級共振器總稱為次級共振器A。這里，簡化起見，假設(shè)在X軸方向上沒有位置偏移。兩個共振器具有相同的尺寸。附圖標(biāo)記“D0VV’表示從芯塊的端部到芯塊的中心的距離。圖中的例子表示在y軸方向上的位置偏移是“D (A) ”的一半的狀態(tài)。在本例中，在兩個共振器中，線圈的中心與芯塊的中心一致。
[0046]假設(shè)在初級共振器B中不存在凸部。在這種情況下，如果沒有位置偏移，最強(qiáng)的磁耦合產(chǎn)生在兩個共振器的芯塊的端部之間。然而，一旦在該狀態(tài)下發(fā)生位置偏移，端部之間的磁耦合根據(jù)位置偏移而下降。因此，該實施方式通過在初級共振器B中提供凸部而解決該問題。通過在初級共振器中形成凸部，該凸部和次級共振器A的端部之間的距離在位置偏移時變近。由此，強(qiáng)的磁耦合在它們之間產(chǎn)生，該磁耦合補(bǔ)償在端部之間的磁耦合的下降。特別地，在圖中所示的例子中，借助于在頁面左側(cè)的凸部的磁耦合502補(bǔ)償在左側(cè)端部之間的磁耦合501的下降。電磁具有與邊緣部分強(qiáng)烈耦合的屬性。因此，通過形成凸部，除了芯塊的端部以外，形成邊緣點，并通過使用這些邊緣點，抑制了位置偏移時磁耦合的下降。
[0047]圖6表示當(dāng)初級共振器沒有凸部時的磁場分布，圖7表示當(dāng)初級共振器具有凸部時的磁場分布。這些磁場分布通過仿真獲得。在位置偏移時，凸部和次級共振器的端部之間的磁耦合補(bǔ)償在端部之間的磁耦合的減少。由此，耦合的減少總體上得以抑制。這里，在本例中，凸部的側(cè)橫截面形狀是三角形，不同于前面所述的矩形形狀。因此，凸部的形狀可以是任意的。
[0048]現(xiàn)在將描述凸部的分布位置。如圖5所示，從次級共振器A的芯塊的端部到其中心的距離表示為“D㈧”。從初級共振器B的芯塊的端部到其中心的距離表示為“D⑶”。在本例中，優(yōu)選地，凸部應(yīng)當(dāng)形成在自初級共振器B的芯塊的端部起{D(B) -D(A)/2}的范圍中的位置。例如，其形成為使得凸部的兩端的線圈側(cè)端部在該范圍內(nèi)。
[0049]如果超出該范圍，凸部提供在靠近線圈側(cè)上，當(dāng)在y軸方向上的位置偏移超出“D (A) ”的一半時，凸部的位置超出次級共振器的線圈的中心。在本例中，可能的是，耦合503產(chǎn)生在初級芯塊和次級芯塊相對于線圈的互相不同側(cè)之間。該耦合是與本來的磁耦合極性相反的耦合，也即，在正極之間或在負(fù)極之間的耦合，減少本來的耦合，致使傳輸效率的降低。
[0050]因此，優(yōu)選地，凸部的位置“P1”應(yīng)是在自芯塊端部起{D(B) -D (A)/2}范圍中的位置。這同樣適用于在橫跨線圈的相對側(cè)上的凸部的位置。關(guān)于在y軸方向上發(fā)生位置偏移時耦合系數(shù)減小的抑制，有效的是，凸部設(shè)置在離開芯塊端部的位置。
[0051]在圖5所示的例子中，初級共振器和次級共振器具有相同的尺寸。將討論次級共振器A在線圈縱向方向上的尺寸比初級共振器B更小的情形。
[0052]圖8表示的構(gòu)造中，次級共振器A在線圈縱向方向上的尺寸比初級共振器B更小。在這種情況下，假設(shè)線圈縱向方向上的位置偏移是“D(A) ”的一半。為了避免與本來的磁耦合極性相反的耦合803，類似于圖5中的例子，凸部的每個位置“P2(l) ”、“P2(2) ”優(yōu)選是在自芯塊的端部中的一個相應(yīng)端部起{D(B) -D(A)/2}范圍中的位置。即使當(dāng)位置偏移達(dá)到"D(A) ”的一半時，初級共振器B的凸部和次級共振器A的端部之間的磁耦合802補(bǔ)償在端部之間的磁耦合801的減少。
[0053]圖8A表示的構(gòu)造中，初級共振器B在線圈縱向方向上的尺寸比次級共振器A更小。在本例中，為了避免與本來的磁耦合極性相反的耦合803a，凸部的位置“P2a(l)”、“P2a (2)”中的每個位置優(yōu)選是在自芯塊的端部中的一個相應(yīng)端部起{D(B) -D (A)/2}范圍中的位置。即使當(dāng)位置偏移達(dá)到“D (A) ”的一半時，初級共振器B的凸部和次級共振器A的端部之間的磁稱合802a補(bǔ)償在端部之間的磁稱合801a的減少。
[0054]在前面所示的例子中，在初級側(cè)和次級側(cè)中，線圈的中心與芯塊的中心一致。下面將描述線圈的中心從芯塊的中心偏離的情形。
[0055]如圖9所示，在位于上側(cè)的次級共振器A和位于下側(cè)的初級共振器B兩者中，線圈均纏繞在從芯塊中心偏離的位置處。在次級共振器A中，線圈纏繞在相對于中心的前側(cè)，并且在初級共振器B中，線圈也纏繞在相對于中心的前側(cè)。這里，紙面的左側(cè)是前側(cè)，紙面的右側(cè)是相對于前側(cè)的后側(cè)。
[0056]將討論次級共振器A相對于初級共振器B位置偏移到前側(cè)的情形。在初級共振器B中，從芯塊前側(cè)端到線圈中心的距離表示為“Df (B) ”。在次級共振器A中，從芯塊后側(cè)端到線圈中心的距離表示為“Db (A) ”。
[0057]這里將討論位置偏移是“Db (A) ”的一半的情形。為了避免與本來的磁耦合極性相反的耦合1403，凸部在前側(cè)的位置“P3”優(yōu)選是自芯塊前側(cè)上的端部起{Df(B) - Db (A)/2}范圍中的位置。
[0058]即使當(dāng)位置偏移達(dá)到“Db (A) ”的一半時，通過形成在后側(cè)的凸部，與次級共振器A的芯塊的后側(cè)端的磁耦合1402補(bǔ)償在后側(cè)端之間的磁耦合1401的減少。凸部在后側(cè)上的位置的狀態(tài)將在下面的圖10中描述。
[0059]在圖9所示的例子中，次級共振器相對于初級共振器位置偏移到前側(cè)。將討論位置偏移到后側(cè)的情形。圖10表示在本情形下的狀態(tài)。從次級共振器A的芯塊的前側(cè)端到線圈中心的距離表示為“Df (A) ”。從初級共振器B的芯塊的后側(cè)端到線圈中心的距離表示為 “Db (B) ”。
[0060]將討論到后側(cè)的位置偏移是“Df (A) ”的一半的情形。為了避免與本來的磁耦合極性相反的耦合1503，凸部的位置“P4”優(yōu)選是自芯塊后側(cè)端起{Db(B) -Df (A)/2}范圍中的位置。
[0061]即使當(dāng)位置偏移達(dá)到“Df (A) ”的一半時，借助于形成在前側(cè)的凸部與次級共振器A的端部的磁稱合1502補(bǔ)償在端部之間的磁稱合1501的減少。
[0062]這里，在本例中，在次級共振器A和初級共振器B中，線圈纏繞在從芯塊中心偏離的位置處，優(yōu)選地，芯塊應(yīng)當(dāng)設(shè)置為使得較長部和較短部的前后方向?qū)τ趦蓚€線圈是相同的。由此，期望由于位置偏移而導(dǎo)致的耦合系數(shù)的下降得以減少。
[0063]前面所示共振器的磁性材料芯塊具有平板形狀，但是可以具有其他不同的形狀。
[0064]圖17表示共振器例子的側(cè)視圖，其中凸部形成在具有其他形狀的芯塊上。
[0065]圖17 (A)中，芯塊的兩端的厚度是薄的，致使重量減小。附圖標(biāo)記Al、A2表示凸部。
[0066]圖17(B)中，線圈圍繞其纏繞的部分的厚度比較于其他部分階梯狀增加。附圖標(biāo)記B1、B2表示凸部。
[0067]圖17 (C)中，芯塊的厚度整體上是均勻的，但是兩個端部向上側(cè)偏置大約半個厚度。由此，到相對的共振器的距離得以減小，致使耦合系數(shù)的增力卩。附圖標(biāo)記C1、C2表示凸部。
[0068]圖17 (D)中，芯塊厚度隨著罪近中心而增加。線圈纏繞在最厚部的中心部周圍。芯塊整體上具有上下對稱的形狀。附圖標(biāo)記D1、D2表示凸部。
[0069]圖17 (E)中，盡管芯塊厚度改變以隨著靠近中心而增加，不同于圖17 (D)，芯塊整體上具有上下不對稱的形狀。附圖標(biāo)記El、E2表示凸部。
[0070]不同于圖17所示，對于其上形成凸部的芯塊的形狀，可以具有不同的變形。具體地，圖18表示相對于平面形狀的變形。
[0071]在圖18 (A)中，在左、右芯塊的每個中，中心部的寬度向外加寬。附圖標(biāo)記A1、A2、A3和A4表不凸部。
[0072]在圖18 (B)中，在左、右芯塊的每個中，中心部的寬度向內(nèi)部和向外部都加寬。附圖標(biāo)記B1、B2、B3和B4表示凸部。
[0073]在圖18 (C)中，在左、右芯塊的每個中，寬度整體上是均勻的。附圖標(biāo)記Cl、C2、C3和C4表示凸部。
[0074]在圖18 (D)中，在左、右芯塊的每個中，寬度隨著靠近中心部而向內(nèi)逐步加寬，在中心附近是恒定的。附圖標(biāo)記D1、D2、D3和D4表示凸部。
[0075]在圖18 (E)中，在左、右芯塊的每個中，寬度隨著靠近中心向外逐步加寬，在中心附近是恒定的。附圖標(biāo)記E1、E2、E3和E4表示凸部。
[0076]在圖18 (F)中，在左、右芯塊的每個中，寬度隨著靠近中心部而向內(nèi)部和向外部都逐步加寬，在中心附近是恒定的。附圖標(biāo)記Fl、F2、F3和F4表示凸部。
[0077]在圖18 (G)中，在左、右芯塊的每個中，中心部和兩個端部的寬度向外加寬。附圖標(biāo)記Gl、G2、G3和G4表示凸部。
[0078]在圖18 (H)中，在左、右芯塊的每個中，中心部和兩個端部的寬度向內(nèi)部加寬。附圖標(biāo)記H1、H2、H3和H4表示凸部。
[0079]在圖18 (I)、18 (J)和18 (K)中，多個線圈間隔地纏繞在一對芯塊的周圍。也即，磁性材料芯的繞組包括多個彼此間隔開的線圈。通過將線圈纏繞在多個位置，可以分散溫度升高的位置。
[0080]在圖18 (I)中，在芯塊中，兩個線圈圍繞其纏繞的部分的寬度向內(nèi)加寬。兩個端部以錐形形狀變窄，導(dǎo)致重量的減小。附圖標(biāo)記I1、12、13和14表示凸部。
[0081]在圖18 (J)中，在左、右芯塊的每個中，兩個線圈圍繞其纏繞的部分的寬度向內(nèi)加寬。線圈圍繞其纏繞的部分集中到芯塊的中心。附圖標(biāo)記J1、J2、J3和J4表示凸部。
[0082]在圖18 (K)中，在左、右芯塊的每個中，兩個線圈圍繞其纏繞的部分的寬度向內(nèi)加寬。兩個端部的寬度以階梯形狀變窄，導(dǎo)致重量的減小。附圖標(biāo)記K1、K2、K3和K4表示凸部。
[0083]在前面所述的例子中，包括在初級共振器和次級共振器中的芯塊的數(shù)量是兩個，但是可以是三個或更多，或者可以是一個。其例子將在下面示出。
[0084]圖19 (Α)、19 (B)、19 (C)、19 (D)、19 (E)、19 (F)表示芯塊的數(shù)量是三個的例子。在圖19 (A)到圖19 (D)中，三個芯塊彼此間隔開。在圖19 (E)和圖19 (F)中，三個芯塊組合為一體，中央芯塊在線圈的縱向方向上具有比兩側(cè)更小的尺寸。在圖19 (A)到圖19 (D)中，凸部形成在三個芯塊的每個上。附圖標(biāo)記Α1、Α2、Α3、Α4、Α5、Α6、Β1、Β2、Β3、Β4、Β5、Β6、C1、C2、C3、C4、C5、C6、D1、D2、D3、D4、D5、D6 表示凸部。在圖 19 (E)中，凸部 E1、E2、E3、E4只形成在兩側(cè)的芯塊上。在圖19 (F)中，在紙面中具有橢圓形狀的凸部F1、F2橫跨三個芯塊形成。圖19 (A)到圖19 (F)所示的每個芯塊的厚度可以是均勻的，或可以采用如圖17所示的不同變形。
[0085]在圖19 (G)中，芯塊的數(shù)量是一個。在圖19 (G)中，在縱向芯塊的中心處，兩個線圈彼此間隔開。凸部G1、G2形成在從單個芯塊的兩端到線圈側(cè)稍微分開的位置。在圖19 (G)中，單個線圈纏繞在具有平板形狀的單個磁性材料芯的中心周圍。在紙面中具有橢圓形狀的凸部H1、H2形成在從磁性材料芯的兩端到線圈側(cè)稍微分開的位置。芯塊或磁性材料的厚度可以是均勻的，或者可以采用如圖17所示的不同變形。
[0086]現(xiàn)在將討論兩個線圈如圖18 (I)、18 (J)和18 (K)那樣纏繞在芯塊周圍的情形下的凸部的位置。
[0087]如圖20所示，在上側(cè)的次級共振器A中，與磁性材料芯的繞組相同，兩個線圈間隔地纏繞。線圈纏繞在從芯塊中心到前側(cè)和后側(cè)隔開相同距離“LI”的位置。這些線圈的匝數(shù)和導(dǎo)線間距是相同的。對于在下側(cè)上的初級共振器B，類似于前面的，單個線圈纏繞著，凸部形成在線圈的兩側(cè)上。在初級共振器B中，線圈的中心與芯塊的中心一致。
[0088]將討論次級共振器A相對于初級共振器B位置偏移到后側(cè)的情形。在該情形下，假設(shè)在兩個線圈之間的芯塊部分的中心對應(yīng)于線圈的中心，凸部可以如圖5和圖8所示那樣形成在相同的范圍中。也即，在初級共振器中，凸部優(yōu)選設(shè)置在位置“P30”處，即從芯塊端部起{D(B) -D(A)/2}范圍中。這同樣適用于在橫跨線圈的相對側(cè)上的凸部的位置。
[0089]在如圖20所示的例子中，在兩個線圈之間的芯塊部分的中心與芯塊的中心一致，但是在一些例子中，在兩個線圈之間的芯塊部分的中心不與芯塊的中心一致。在這樣的例子中，同樣假設(shè)在兩個線圈的芯塊部分的中心對應(yīng)于線圈的中心，凸部也可以形成在如圖9和圖10所示的相同范圍中。
[0090]在上述實施方式中，凸部分別形成在線圈的兩側(cè)上。然而，凸部可以只形成在任一側(cè)上。當(dāng)希望位置偏移只發(fā)生在前側(cè)和后側(cè)任一側(cè)時，這是尤其有效的。
[0091]在實施方式中，在線圈的兩側(cè)的每個上，只形成一個凸部，但是也可以形成兩個或更多個凸部。另外，對于線圈兩側(cè)的每側(cè)，可以形成不同數(shù)量的凸部。
[0092]在實施方式中，在芯塊的面當(dāng)中，凸部形成在對著次級共振器的面(表面)上。然而，凸部可以形成在其他面上，例如在芯塊的兩個側(cè)面的任一個或兩個上。另外，凸部可以形成為與芯塊的表面和芯塊的一個或其他側(cè)面兩者重疊。
[0093]綜上所述，根據(jù)該實施方式，即使當(dāng)垂直于線圈纏繞方向的方向上發(fā)生一定程度的位置偏移，也可以抑制在共振器之間的耦合系數(shù)的減小。
[0094]這里，在第一實施方式中，示出了凸部設(shè)置在初級共振器中而未設(shè)置在次級共振器中的模式。然而，凸部設(shè)置在次級共振器而未設(shè)置在初級共振器中的模式也是允許的。
[0095]第二實施例
[0096]圖11表不根據(jù)第二實施方式的無線電力傳輸設(shè)備。與第一實施方式不同的地方在于凸部形成在次級共振器和初級共振器的芯塊上。其他構(gòu)成與第一實施方式相同。因此，相同的附圖標(biāo)記分配給相同或相應(yīng)的元件，并省略了重復(fù)的描述。
[0097]在次級共振器61中，凸部54a、54b形成在芯塊54上，而凸部55a、55b形成在芯塊55上。更具體地，凸部54a、54b形成為從在芯塊54的一端和另一端與線圈53之間的芯塊部分突出。凸部54a、54b形成在與芯塊54的一端和另一端間隔開的位置處。類似地，凸部55a、55b形成為從在芯塊55的一端和另一端與線圈53之間的芯塊部分突出。凸部55a、55b形成在與芯塊55的一端和另一端間隔開的位置處。
[0098]當(dāng)次級共振器與初級共振器對齊時，在芯塊的面當(dāng)中，在次級共振器中的這些凸部形成在與初級共振器相對的面上。然而，類似于在第一實施方式中描述的初級共振器，凸部形成所在的面可以是其他面。凸部54a、54b可以由比芯塊54具有更大矯頑力的磁性材料形成。凸部55a、55b可以由比芯塊55具有更大矯頑力的磁性材料形成。
[0099]圖12表示位置偏移在線圈的縱向方向上發(fā)生在如圖11所示的初級共振器和次級共振器之間的狀態(tài)。在實施方式中，通過在次級側(cè)和初級側(cè)的芯塊上形成凸部，可以維持更高的耦合系數(shù)，即使線圈在縱向方向上發(fā)生位置偏移時。這實現(xiàn)了更高的傳輸效率。
[0100]圖13表示這樣的情形，其中在下側(cè)的初級共振器B和在上側(cè)的次級共振器A具有相同的尺寸，并且次級共振器A向后側(cè)位置偏移“D(A)”的一半。在初級共振器B和次級共振器A兩者中，線圈的中心與芯塊的中心相應(yīng)地一致。附圖標(biāo)記“D (A) ”表示從次級共振器A的芯塊的一端到其中心的距離。
[0101]假如在次級共振器A中未設(shè)置凸部。在這種情況下，如果沒有位置偏移，在兩個共振器的芯塊的兩側(cè)中，端部彼此最強(qiáng)烈地磁性地耦合。然而，一旦次級共振器在該狀態(tài)下向后側(cè)位置偏移，后側(cè)端部之間的磁性耦合大大地減小。因此，通過在次級共振器A中設(shè)置凸部，該實施方式解決了該問題。也即，在位置偏移到后側(cè)的情形下，在位于次級共振器A的后側(cè)上的凸部和位于初級共振器B的后側(cè)上的端部之間的距離變近，在凸部和端部之間的耦合1202補(bǔ)償后側(cè)上的端部之間的磁耦合1201的下降。而且，類似于第一實施方式，在位于初級共振器的前側(cè)上的凸部和位于次級共振器的前側(cè)上的端部之間的距離變近，在凸部和端部之間的磁耦合1102補(bǔ)償前側(cè)上的端部之間的磁耦合1101的下降。因此，磁耦合的下降得以抑制。
[0102]現(xiàn)在將描述形成在次級共振器中的凸部的位置。從次級共振器A的芯塊的端部到線圈的中心的距離表示為“D(A) ”。從次級共振器B的芯塊的端部到線圈的中心的距離表示為“D (B) ”。類似于第一實施方式，初級共振器B的凸部的位置“P5”在自芯塊端部起{D(B) -D (A)/2}的范圍內(nèi)。次級共振器A的凸部的位置“P6”在自芯塊端部起(D(A)/2}的范圍內(nèi)的位置。
[0103]如果凸部設(shè)置在自初級共振器B的芯塊的端部起超出{D(B) -D(A)/2}處，或者凸部設(shè)置在自次級共振器A的芯塊的端部起超出{D(A)/2}處，則凸部的位置超出相對共振器的中心。在這種情況下，存在芯塊的相互對著的側(cè)面之間的耦合1103或1104產(chǎn)生在初級共振器B和次級共振器A之間的可能性。該耦合是與本來的磁耦合極性相反的耦合，減少了本來的耦合，由此降低了傳輸效率。
[0104]因此，次級共振器A的凸部的位置優(yōu)選應(yīng)在自芯塊的端部起{D(A)/2}的范圍中，而初級共振器B的凸部的位置應(yīng)在自芯塊的端部起{D(B) -D(A)/2}的范圍中。
[0105]在如圖11到圖13所示的例子中，初級共振器和次級共振器具有相同的尺寸。次級共振器A在線圈縱向方向上的尺寸比初級共振器B小的情形也可以類似地討論。
[0106]圖14表示在上側(cè)的次級共振器A在線圈縱向方向上的尺寸比在下側(cè)上的初級共振器B的略小的情形下的位置偏移。在這種情況下，假定在線圈縱向方向上的位置偏移是“D(A) ”的一半。這里，在初級側(cè)和次級側(cè)中，線圈的中心與芯塊的中心一致。
[0107]為了避免與本來的磁耦合極性相反的耦合1203、1204，優(yōu)選地，初級共振器B的凸部的位置“P10”應(yīng)在自芯塊的端部起{D(B) -D(A)/2}的范圍內(nèi)。這同樣適用于在橫跨線圈的相對側(cè)上的凸部。優(yōu)選地，次級共振器A的凸部的位置“PU”應(yīng)在自芯塊的端部起ID(A)/2}的范圍中。這同樣適用于橫跨線圈的相對側(cè)上的凸部。
[0108]即使在位置偏移達(dá)到“D (A) ”的一半時，在次級共振器A的后側(cè)上的凸部和在初級共振器B的后側(cè)上的端部之間的磁耦合1205補(bǔ)償在端部之間的磁耦合1206的下降。類似于第一實施方式，在初級共振器B的前側(cè)上的凸部和在次級共振器A的前側(cè)的端部之間的磁耦合1202補(bǔ)償在端部之間的磁耦合的下降。
[0109]在前面示出的例子中，在初級共振器和次級共振器兩者中，相應(yīng)線圈的中心與芯塊的中心一致。在下文中，在初級共振器和次級共振器兩者中，將示出線圈纏繞在從芯塊中心偏離的位置處的情形。
[0110]如圖15所示，在次級共振器A和初級共振器B兩者中，線圈纏繞在從芯塊中心偏離的位置處。在次級共振器A中，線圈相對于芯塊的中心纏繞在前側(cè)上，而在初級共振器B中，線圈也纏繞在相對于芯塊中心的前側(cè)上。
[0111]將討論次級共振器A相對于初級共振器B朝著前側(cè)位置偏移的情形。在次級共振器A中，從芯塊后側(cè)端到線圈中心的距離表示為“Db (A) ”。在初級共振器B中，從芯塊前側(cè)端到線圈中心的距離表示為“Df (B)”。將討論次級共振器朝著前側(cè)位置偏移“Db (A)”的一半的情形。為了避免與本來的的磁性耦合極性相反的耦合1603、1604，在初級共振器B的前側(cè)上的凸部的位置“P12”應(yīng)在自芯塊前側(cè)上的端部起{Df(B) - Db (A)/2}的范圍內(nèi)。優(yōu)選地，在次級共振器A的后側(cè)上的凸部的位置“P13”應(yīng)在自芯塊后側(cè)上的端部起{Db (A)/2}的范圍內(nèi)。
[0112]即使當(dāng)位置偏移的長度達(dá)到Db (A)的一半時，在初級共振器B的芯塊的后側(cè)上的凸部和在次級共振器A的后側(cè)上的端部之間的磁耦合1602補(bǔ)償在端部之間的磁耦合1601的減小。類似地，在初級共振器B的芯塊的前側(cè)上的端部和次級共振器A的前側(cè)上的凸部之間的磁耦合補(bǔ)償在前側(cè)上的端部之間的磁耦合的減小。由此保持高的耦合系數(shù)狀態(tài)。
[0113]在本例中，次級共振器相對于初級共振器位置偏移到前側(cè)。將討論位置偏移到后側(cè)的情形。圖16表示了這種情況下的情形。
[0114]從次級共振器A的芯塊的前側(cè)端到線圈中心的距離表示為“Df⑷”。從初級共振器B的芯塊的后側(cè)端到線圈中心的距離表示為“Db (B) ”。將討論次級共振器朝著后側(cè)位置偏移“Df(A) ”的一半的情形。為了避免與本來的磁性耦合極性相反的耦合1703、1704，在初級共振器B的后側(cè)上的凸部的位置“P15”應(yīng)在自芯塊后側(cè)上的端部起{Db(B) -Df (A)/2}的范圍內(nèi)。優(yōu)選地，在次級共振器A的前側(cè)上的凸部應(yīng)在自芯塊端部起{Df(A)/2}的范圍內(nèi)的位置處。
[0115]即使當(dāng)?shù)胶髠?cè)的位置偏移達(dá)到“Df(A)} ”的一半時，在初級共振器B的前側(cè)上的凸部和在次級共振器A的芯塊的前側(cè)上的端部之間的磁耦合1702補(bǔ)償在前側(cè)上的端部之間的磁耦合1701的減小。類似地，在初級共振器B的后側(cè)上的端部和次級共振器A的芯塊的后側(cè)上的凸部之間的磁耦合補(bǔ)償在后側(cè)上的端部之間的磁耦合的下降。由此保持高的耦合系數(shù)狀態(tài)。
[0116]因此，在這樣的情形下，其中在次級共振器A和初級共振器B兩者中，線圈纏繞在從芯塊中心偏置的位置處，芯塊優(yōu)選應(yīng)設(shè)置成使得較長部和較短部的前后方向與兩個線圈相同。由此，可以期望，通過位置偏移導(dǎo)致的耦合系數(shù)的下降得以減小。
[0117]盡管已經(jīng)描述了一些實施方式，這些實施方式只通過例子表示，而不旨在限定本發(fā)明的范圍。事實上，這里所述的新穎的實施方式可以以許多其他形式實現(xiàn)；而且，在這里所述的實施方式的形式中的不同省略、替代和改變可以在不脫離本發(fā)明精神的情形下實現(xiàn)。后面的權(quán)利要求及其等同物旨在覆蓋這樣的形式或變形，如同將落入本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種共振器，所述共振器包括: 第一磁性材料芯，所述第一磁性材料芯包括至少一個磁性材料的芯塊； 第一繞組，所述第一繞組纏繞在所述第一磁性材料芯的周圍；和第一凸部，所述第一凸部形成為從在所述芯塊的第一端和所述第一繞組之間的芯塊的一部分突出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的共振器，其中 所述共振器設(shè)置為與不同的共振器相對，該不同的共振器包括含有至少一個磁性材料的芯塊的磁性材料芯和纏繞在該磁性材料芯的周圍的繞組， 第一距離限定為在所述共振器的芯塊的縱向方向上從由所述第一繞組纏繞的芯塊部分的中心到該芯塊的第一端的距離， 第二距離限定為在所述不同的共振器的芯塊的縱向方向上從由所述繞組纏繞的芯塊部分的中心到所述不同的共振器中的芯塊的一端的距離，所述不同的共振器的芯塊的所述一端與位于所述第一端相對于所述第一繞組的相對側(cè)上的第一磁性材料芯的芯塊的第二端處于同一側(cè)，和 所述第一凸部形成在所述第一端和在所述第一磁性材料芯的芯塊的縱向方向上與所述第一端分開一個距離的位 置之間，該距離通過從所述第一距離減去第二距離的一半而獲得。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的共振器，其中 所述第一凸部由比所述芯塊具有更大的矯頑力的磁性材料形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的共振器，還包括 第二凸部，所述第二凸部形成為從在所述第一繞組和所述芯塊的第二端之間的芯塊的一部分突出，所述第二端相對于第一繞組在所述第一端的相對側(cè)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的共振器，其中 該共振器設(shè)置為與包括含有至少一個磁性材料的芯塊的磁性材料芯和纏繞在該磁性材料芯周圍的繞組的不同的共振器相對， 第三距離限定為在所述共振器的芯塊的縱向方向上從由所述第一繞組纏繞的芯塊部分的中心到所述芯塊的第二端的距離，和 第四距離限定為在所述不同的共振器中的芯塊的縱向方向上從由所述繞組纏繞的芯塊部分的中心到所述不同的共振器中的磁性材料芯的芯塊的一端的距離，所述不同的共振器中的所述芯塊的一端與所述第一磁性材料芯的芯塊的第一端處于同一側(cè)， 所述第二凸部形成在所述第二端和在所述第一磁性材料芯的芯塊的縱向方向上與所述第二端分開一定距離的位置之間，該距離通過從所述第三距離減去第四距離的一半而獲得。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的共振器，其中 所述第二凸部由比所述第一磁性材料芯的芯塊具有更大矯頑力的磁性材料形成。
7.一種在設(shè)置為彼此相對的第一共振器和第二共振器之間傳輸電力的無線電力傳輸設(shè)備，其中 所述第一共振器包括: 第一磁性材料芯，所述第一磁性材料芯包括至少一個磁性材料的芯塊；第一繞組，所述第一繞組纏繞在所述第一磁性材料芯的周圍； 第一凸部，所述第一凸部形成為從在所述芯塊的第一端和第一繞組之間的芯塊的一部分突出，并且 所述第二共振器包括: 第二磁性材料芯，所述第二磁性材料芯包括至少一個磁性材料的芯塊； 第二繞組，所述第二繞組纏繞在所述第二磁性材料芯的周圍；和第二凸部，所述第二凸部形成為從在所述第二繞組和所述第二磁性材料芯的芯塊的第一端之間的第二磁性材料芯的芯塊的一部分突出，所述第二磁性材料的芯塊的第一端與所述第一磁性材料芯的芯塊的第二端處于同一側(cè)，所述第一磁性材料的芯塊的第二端相對于所述第一繞組處于所述第一磁性材料的芯塊的第一端的相對側(cè)上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的無線電力傳輸設(shè)備，其中 第一距離限定為在所述第一磁性材料芯的芯塊的縱向方向上從由所述第一繞組纏繞的芯塊部分的中心到所述第一磁性材料芯的芯塊的第一端的距離，和 第二距離限定為在所述第二磁性材料芯的芯塊的縱向方向上從由所述第二繞組纏繞的芯塊部分的中心到所述第二磁性材料芯的芯塊的第一端的距離， 所述第一凸部形成在所述第一磁性材料芯的芯塊的第一端和在所述第一磁性材料芯的芯塊的縱向方向上與所述第一端分開一個距離的位置之間，該距離通過從所述第一距離減去第二距離的一半而獲得， 所述第二凸部形成在所述第二磁性材料芯的芯塊的第一端和在所述第二磁性材料芯的芯塊的縱向方向上與所述第一端分開所述第二距離的一半的位置之間，并且所述第一磁性材料芯的芯塊的長度比所述第二磁性材料芯的芯塊的長度更長。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的無線電力傳輸設(shè)備，其中 所述第一凸部或第二凸部由比所述第一磁性材料芯的芯塊或所述第二磁性材料芯的芯塊具有更大矯頑力的磁性材料形成。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的無線電力傳輸設(shè)備，還包括 第三凸部，所述第三凸部形成為從在所述第一繞組和所述第一磁性材料芯的芯塊的第二端之間的第一磁性材料芯的芯塊的一部分突出，和 第四凸部，所述第四凸部形成為從在所述第二繞組和第二磁性材料芯的芯塊的第二端之間的第二磁性材料芯的芯塊的一部分突出，所述第二磁性材料芯的芯塊的第二端相對于所述第二繞組在所述第二磁性材料芯的芯塊的第一端的相對側(cè)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的無線電力傳輸設(shè)備，其中 第三距離限定為在所述第一磁性材料芯的芯塊的縱向方向上從由所述第一繞組纏繞的芯塊部分的中心到所述第一磁性材料芯的芯塊的第二端的距離，并且 第四距離限定為在所述第二磁性材料芯的芯塊的縱向方向上從由所述第二繞組纏繞的芯塊部分的中心到所述第二磁性材料芯的芯塊的第二端的距離， 所述第三凸部形成在所述第一磁性材料芯的芯塊的第二端和在所述第一磁性材料芯的芯塊的縱向方向上與其第二端分開一個距離的位置之間，該距離通過從所述第三距離減去第四距離的一半而獲得，和 所述第四凸部形成在所述第二磁性材料芯的芯塊的第二端和在所述第二磁性材料芯的芯塊的縱向方向上與其第二端分開所述第四距離的一半的位置之間，并且 所述第一磁性材料芯的芯塊的長度比所述第二磁性材料芯的芯塊的長度更長。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的無線電力傳輸設(shè)備，其中 所述第三凸部或第四凸部由比所述第一磁性材料芯的芯塊或第二材料材料芯的芯塊具有更大矯頑力的磁性材料形成。
13.—種共振器，該共振器包括: 第一磁性材料芯，所述第一磁性材料芯包括至少一個磁性材料的芯塊； 第一繞組，所述第一繞組纏繞在所述第一磁性材料芯的周圍；和第一凸部，所述第一凸部形成為從在所述芯塊的第一端和所述第一繞組之間的芯塊的一部分突出，其中 第一距離限定為在所述芯塊的縱向方向上從由所述第一繞組纏繞的芯塊部分的中心到所述芯塊的第一端的距離， 所述第一凸部形成在所述第一端和在所述芯塊的縱向方向上與所述第一端分開所述第一距離的一半的位置之間。
【文檔編號】H01F38/14GK104052165SQ201410085285
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月15日
【發(fā)明者】尾林秀一, 山田亞希子, 司城徹 申請人:株式會社東芝