專利名稱：非接觸供電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及非接觸供電裝置。本發(fā)明涉及例如從地面?zhèn)鹊妮旊妭?cè)向車輛側(cè)的受電側(cè)以非接觸狀態(tài)供給電カ的非接觸供電裝置。
背景技術(shù)：
根據(jù)需要開發(fā)了不借助電纜等機(jī)械接觸對(duì)例如電動(dòng)汽車等車輛從外部供給電カ 的非接觸供電裝置并將其實(shí)際應(yīng)用。該非接觸供電裝置基于電磁感應(yīng)的互感作用，從固定在地上側(cè)的輸電側(cè)電路的輸電線圈向搭載于車輛等移動(dòng)體側(cè)的受電側(cè)電路的受電線圈在存在例如數(shù)十毫米以上 數(shù)百毫米以下程度氣隙(air gap)的狀態(tài)下供給電カ(參照后述圖4、圖5等)。圖3用于對(duì)該種現(xiàn)有實(shí)例的非接觸供電裝置1進(jìn)行說(shuō)明。并且(1)為其受電線圈 3(輸電線圈2)的俯視圖，(2)為表示電磁場(chǎng)輻射等狀態(tài)的主視圖，(3)為表示電磁場(chǎng)輻射等狀態(tài)的俯視圖。該種非接觸供電裝置1中，以往以來(lái)，使用卷繞為螺旋狀且扁平的扁平結(jié)構(gòu)的線圈作為輸電側(cè)電路4的輸電線圈2以及受電側(cè)電路5的受電線圈3。與此同時(shí)，該種現(xiàn)有實(shí)例中，輸電線圈2與受電線圈3分別由一個(gè)單位線圈構(gòu)成(也就是說(shuō)，由N極和S極所構(gòu)成的極數(shù)為2的兩極線圈構(gòu)成)，由此構(gòu)成為兩極結(jié)構(gòu)。圖3中的6是在輸電線圈2的外側(cè)以及受電線圈3的外側(cè)分別配置的鐵氧體芯 (ferrite core)等磁芯。G表示氣隙，H表示形成的交變磁場(chǎng)，h表示磁場(chǎng)的H方向的ー個(gè)例子，N表示其N扱，S表示其S扱，I表示電流方向。D表示電磁場(chǎng)輻射，r表示電磁場(chǎng)強(qiáng)度。作為上述該種現(xiàn)有實(shí)例的非接觸供電裝置1，可列舉例如下述專利文獻(xiàn)1、2中公開的裝置。專利文獻(xiàn)1 (日本國(guó)專利公開公報(bào))特開2008-087733號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 (日本國(guó)專利公開公報(bào))特開2010-035300號(hào)公報(bào)但是，這樣的現(xiàn)有非接觸供電裝置1被指出了如下課題。如圖3(2)所示，在進(jìn)行供電時(shí)，輸電線圈2和受電線圈3利用感應(yīng)出的磁場(chǎng)H電磁耦合。由此，形成磁通的磁路，從而實(shí)施非接觸供電(在代表性實(shí)例中，如圖3( 所示， 受電線圈3和輸電線圈2位于上下位置，因此，以下基于該位置關(guān)系進(jìn)行說(shuō)明)。此時(shí)，氣隙G中感應(yīng)出大密度的強(qiáng)高頻磁場(chǎng)H(交變磁場(chǎng)H)。但是，在上下方向(Z 方向)上，由于外側(cè)分別配置有磁芯6，因此幾乎不存在電磁場(chǎng)輻射D。與此不同，在左右方向(X方向)以及前后方向(Y方向)，由于沒有遮擋物，因此電磁場(chǎng)輻射D擴(kuò)散開來(lái)。對(duì)外擴(kuò)散并且大致在平面上傳播并蔓延的電磁場(chǎng)輻射D以及電磁場(chǎng)強(qiáng)度r如圖3(3)所示，體現(xiàn)出無(wú)指向性，亦即體現(xiàn)出各向同性。該種左右方向以及前后方向上的電磁場(chǎng)輻射D以及電磁場(chǎng)強(qiáng)度!·被指出了有可能在近鄰周邊引起電磁波導(dǎo)致的損傷。即，感應(yīng)出強(qiáng)高頻磁場(chǎng)H(交變磁場(chǎng)H)，由此高頻電磁波強(qiáng)カ輻射，因此容易達(dá)到近鄰周邊的相隔區(qū)域，由此擔(dān)心其對(duì)環(huán)境的不良影響。被指出了可能在例如相距數(shù)十米以上 數(shù)百米以下程度的區(qū)域中產(chǎn)生電波妨礙，對(duì)人體造成機(jī)能損傷。另ー方面，非接觸供電裝置1中，鑒于供電的便利性，擴(kuò)大氣隙G的需求很大。但是，如果擴(kuò)大氣隙G，則輸電線圈2的勵(lì)磁無(wú)功功率(exciting reactive power)成比例地增加，由此需要增大勵(lì)磁視在功率(exciting apparent power)。結(jié)果，招致對(duì)外部的電磁場(chǎng)輻射D擴(kuò)大以及電磁場(chǎng)強(qiáng)度r増大，増加上述對(duì)近鄰周邊帶來(lái)由電磁波導(dǎo)致?lián)p傷的危險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的非接觸供電裝置是鑒于該種現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)際情況，為解決上述現(xiàn)有技術(shù)的課題而完成的裝置。而且，本發(fā)明的目的在于提供ー種非接觸供電裝置，第一，防止電磁波導(dǎo)致的損傷，第二，還能夠擴(kuò)大氣隙。本發(fā)明的技術(shù)方案如下。第一方案的非接觸供電裝置基于電磁感應(yīng)的互感作用，從輸電側(cè)電路的輸電線圈向受電側(cè)電路的受電線圈在存在氣隙的非接觸狀態(tài)下近鄰著進(jìn)行位置對(duì)應(yīng)的同時(shí)供給電力。而且，該輸電線圈以及受電線圈分別由多個(gè)單位線圈在平面內(nèi)的集合體構(gòu)成。各個(gè)該單位線圈形成為卷繞成螺旋狀且扁平的扁平結(jié)構(gòu)、并相鄰配置，并且在并排成直線且相鄰配置的相互之間，電流方向設(shè)定為相逆(相反)。第二方案如下。在第一方案的非接觸供電裝置中，能夠通過(guò)停止供電方式供給電カ，該停止供電方式為進(jìn)行供電時(shí)該受電線圈相對(duì)于固定的該輸電線圈近鄰著進(jìn)行位置對(duì)應(yīng)后停止。而且，該輸電線圈和受電線圈由在上下等能夠成對(duì)的對(duì)稱結(jié)構(gòu)構(gòu)成。第三方案如下。在第二方案的非接觸供電裝置中，一個(gè)該單位線圈構(gòu)成成對(duì)的N極和S扱，所以一個(gè)該單位線圈被當(dāng)作極數(shù)為2的兩極線圏。由此，輸電線圈和受電線圈通過(guò)分別為偶數(shù)個(gè)的該單位線圈的集合而被當(dāng)作四極線圈結(jié)構(gòu)、八極線圈結(jié)構(gòu)、或其以上的多級(jí)線圈結(jié)構(gòu)。第四方案如下。在第三方案的非接觸供電裝置中，并排成直線且相鄰配置的該單位線圈基于相互之間電流方向相逆的設(shè)定，磁極的N極和S極相逆。第五方案如下。在第四方案的非接觸供電裝置中，并排成直線且相鄰配置的該單位線圈分別形成的磁場(chǎng)中重疊的部分基于NS相逆磁極互相消除并抵消。由此在總體上減少對(duì)外輻射的電磁波。第六方案如下。在第五方案的非接觸供電裝置中，該輸電線圈以及受電線圈分別在外側(cè)具備扁平的扁平結(jié)構(gòu)的鐵氧體芯等磁芯。
第七方案如下。在第六方案的非接觸供電裝置中，該輸電線圈等輸電側(cè)電路固定配置在地面、或者路面、或者地板面等地上側(cè)，該受電線圈等受電側(cè)電路搭載在車輛或其它移動(dòng)體側(cè)。關(guān)于作用等本發(fā)明具有如下(1) (11)的作用。(1)非接觸供電裝置中，受電線圈在與輸電線圈存在氣隙的狀態(tài)下近鄰著進(jìn)行位置對(duì)應(yīng)，進(jìn)行供電。具有代表性的是通過(guò)停止供電方式來(lái)實(shí)施供電。(2)在進(jìn)行供電時(shí)，輸電線圈中通電，形成磁通，由此，與受電線圈之間的氣隙中形成磁通的磁路。(3)利用如上感應(yīng)出的磁場(chǎng)，基于電磁感應(yīng)的互感作用，從輸電線圈向受電線圈實(shí)施非接觸供電。(4)但是，在進(jìn)行該種非接觸供電時(shí)，存在電磁波強(qiáng)力向外部輻射的危險(xiǎn)。(5)關(guān)于該種危險(xiǎn)，首先，由于在輸電線圈的外側(cè)面(例如下表面)以及受電線圈的外側(cè)面(例如上表面)配置有磁芯，因此在同向(例如上下方向)上幾乎不存在電磁波輻射。(6)但是氣隙的各側(cè)面(例如前后表面以及左右表面)向外部敞開。因此，該種狀態(tài)下，電磁波強(qiáng)力對(duì)外輻射的可能性很大。(7)于是在本發(fā)明中，輸電線圈以及受電線圈的構(gòu)成如下采用例如四極結(jié)構(gòu)或者八極結(jié)構(gòu)或者其以上的多極結(jié)構(gòu)，并且在并排成直線且相鄰配置的其単位線圈相互之間，通過(guò)使電流方向相逆，使磁極的N極和S極相逆。(8)因此，并排成直線且相鄰配置的單位線圈分別形成的各磁場(chǎng)的方向相逆。而且，方向相逆地形成的磁場(chǎng)中重疊的部分通過(guò)相互消除來(lái)抵消、減弱。(9)因此，對(duì)外輻射的電磁波基于相逆相位總體上被大幅減少。(10)由此，能夠防止發(fā)生電磁波損傷的可能，因此能夠擴(kuò)大氣隙。(11)于是，本發(fā)明的非接觸供電裝置發(fā)揮如下效果。發(fā)明的效果第一效果第一，能夠防止電磁波導(dǎo)致的損傷。本發(fā)明的非接觸供電裝置中，輸電線圈以及受電線圈采用例如四極結(jié)構(gòu)或者八極結(jié)構(gòu)或者其以上的多極結(jié)構(gòu)，并且在并排成直線且相鄰配置的其単位線圈相互之間，電流方向相逆，而且N極和S極相逆。由此，單位線圈中分別形成的磁場(chǎng)的重疊部分相互消除而被減弱，因此，在總體上大幅減少對(duì)外輻射的電磁波。這樣，對(duì)外擴(kuò)散并蔓延的電磁場(chǎng)輻射被削減，由此電磁場(chǎng)強(qiáng)度降低，因此，能夠防止對(duì)近鄰周邊帶來(lái)電磁波損傷。本發(fā)明的非接觸供電裝置能夠防止如前述該種現(xiàn)有實(shí)例那樣在相距例如數(shù)十米以上 數(shù)百米以下程度的區(qū)域中產(chǎn)生電波妨礙或?qū)θ梭w造成機(jī)能損傷的危險(xiǎn)。第二效果第二，能夠擴(kuò)大氣隙。本發(fā)明的非接觸供電裝置中如上所述在總體上大幅減少對(duì)外輻射的電磁波，能夠防止電磁波損傷。于是，本發(fā)明的非接觸供電裝置與前述該種現(xiàn)有實(shí)例相比，能夠使氣隙更大。擴(kuò)大氣隙會(huì)招致勵(lì)磁無(wú)功功率以及勵(lì)磁視在功率増大，但是其不良影響能夠通過(guò)上述第一效果來(lái)抵補(bǔ)。對(duì)于非接觸供電裝置而言，基于供電的便利性，擴(kuò)大氣隙(大氣隙化)的需求很大， 而本發(fā)明能夠充分滿足該需求。通過(guò)該第一、第二效果可知，本發(fā)明所發(fā)揮的效果顯著并且巨大，能夠完全解決該種現(xiàn)有實(shí)例中存在的課題。


圖1是針對(duì)本發(fā)明涉及的非接觸供電裝置用于說(shuō)明實(shí)施發(fā)明的方式的圖，并且 ⑴是表示其受電線圈(輸電線圈)第一實(shí)例的俯視圖，⑵是表示其受電線圈(輸電線圏)第二實(shí)例的俯視圖，( 是表示第一實(shí)例的電磁場(chǎng)輻射等狀態(tài)的主視圖。圖2是用于說(shuō)明實(shí)施本發(fā)明的方式的圖，并且(1)是表示第一實(shí)例的電磁場(chǎng)輻射等狀態(tài)的俯視圖，( 是表示第二實(shí)例的電磁場(chǎng)輻射等狀態(tài)的俯視圖。圖3是用于該種現(xiàn)有實(shí)例的說(shuō)明的圖，并且⑴是表示受電線圈(輸電線圈)的俯視圖，( 是表示電磁場(chǎng)輻射等狀態(tài)的主視圖，C3)是表示電磁場(chǎng)輻射等狀態(tài)的俯視圖。圖4是電路圖，用于非接觸供電裝置的一般性說(shuō)明。圖5用于非接觸供電裝置的一般性說(shuō)明，(1)是整體側(cè)面圖，(2)是構(gòu)成框圖。符號(hào)說(shuō)明1-非接觸供電裝置(現(xiàn)有實(shí)例)，2-輸電線圈(現(xiàn)有實(shí)例)，3-受電線圈(現(xiàn)有實(shí)例)，4-輸電側(cè)電路，5-受電側(cè)電路，6-磁芯，7-非接觸供電裝置(本發(fā)明)，8-輸電線圈 (本發(fā)明)，8'-単位線圈，9-受電線圈(本發(fā)明)，9'-単位線圈，10-蓄電池，11-負(fù)載， 12-電源，13-扼流圏，14-電容器，15-電容器，16-馬達(dá)，17-整流器，18-逆變器，19-電容器，A-地上，B-車輛，C-供電站，D-電磁場(chǎng)輻射，G-氣隙，H-磁場(chǎng)，I-電流方向，J-間隔， N-N極，S-S極，h-磁場(chǎng)方向，r-電磁場(chǎng)強(qiáng)度。
具體實(shí)施例方式以下，針對(duì)用于實(shí)施本發(fā)明的方式，詳細(xì)地進(jìn)行說(shuō)明。關(guān)于非接觸供電裝置7首先，參照?qǐng)D4、圖5等對(duì)作為本發(fā)明前提的非接觸供電裝置7進(jìn)行一般性說(shuō)明。非接觸供電裝置7基于電磁感應(yīng)的互感作用，從輸電側(cè)電路4的輸電線圈8向受電側(cè)電路5的受電線圈9在存在氣隙G的非接觸狀態(tài)下近鄰著進(jìn)行位置對(duì)應(yīng)的同時(shí)供給電力。輸電側(cè)電路4固定配置在地上A側(cè)，受電側(cè)電路5搭載于車輛B側(cè)等移動(dòng)體側(cè)。針對(duì)該種非接觸供電裝置7，進(jìn)ー步詳細(xì)說(shuō)明。首先，供電側(cè)(亦即搬運(yùn)側(cè)、1次側(cè))的輸電側(cè)電路4在供電站C等供電區(qū)域中固定配置在地面、路面、地板面或其它的地上 A側(cè)。而受電側(cè)(亦即接收側(cè)、2次側(cè))的受電側(cè)電路5搭載于電動(dòng)汽車(EV車)或者電車等車輛B或者其它移動(dòng)體。受電側(cè)電路5除了可用于驅(qū)動(dòng)，也可用于非驅(qū)動(dòng)，典型的是如圖5所示那樣與車載蓄電池10連接，但是也存在如圖4中所示的那樣與各種負(fù)載11直接連接的情況。而且，輸電側(cè)電路4的輸電線圈8與受電側(cè)電路5的受電線圈9之間，在進(jìn)行供電吋，在存在數(shù)十毫米以上 數(shù)百毫米以下、例如50mm以上 150mm以下程度的微小間隙空間、即氣隙G的同吋，于非接觸狀態(tài)下近鄰著對(duì)應(yīng)定位。在供電時(shí)，受電線圈9相對(duì)于固定的輸電線圈8從上側(cè)等對(duì)應(yīng)定位后停止的停止供電方式為典型方式，在停止供電方式的情況下，輸電線圈8和受電線圈9構(gòu)成為可在上下等成對(duì)的對(duì)稱結(jié)構(gòu)。但是，也能夠是受電線圈9在輸電線圈8上等低速移動(dòng)的同時(shí)進(jìn)行供電的移動(dòng)供電方式。輸電側(cè)電路4的輸電線圈8與電源12連接。電源12由轉(zhuǎn)換頻率等的逆變器構(gòu)成， 將例如數(shù)kHz以上 數(shù)十kHz以下、更進(jìn)ー步為數(shù)十kHz以上 數(shù)百kHz以下程度的高頻交流作為供電交流、亦即勵(lì)磁電流向輸電線圈8通電。圖4的輸電側(cè)電路4中，13為扼流圏，14為與輸電線圈8串聯(lián)諧振用的電容器，15為與輸電線圈8并聯(lián)諧振用的電容器。圖5的例子中，受電側(cè)電路5的受電線圈9能夠與蓄電池10連接，通過(guò)供電充電后的蓄電池10驅(qū)動(dòng)移動(dòng)用馬達(dá)16，在圖4的例子中，其它的負(fù)載11中被供給電力。圖5中 17為將交流轉(zhuǎn)換為直流的整流器(整流部以及平滑部)，18為將直流轉(zhuǎn)換為交流的逆變器。 圖4的受電側(cè)電路5中，19為與受電線圈9并聯(lián)諧振用的電容器。輸電線圈8以及受電線圈9形成為卷繞為螺旋狀且扁平的扁平結(jié)構(gòu)。S卩、輸電線圈8以及受電線圈9以如下方式形成被絕緣包覆的線圈導(dǎo)線在同一平面內(nèi)維持并排的平行位置關(guān)系的同吋，卷繞多次形成圓形或方形的螺旋狀。由此，輸電線圈8以及受電線圈9 形成為整體上沒有凹凸的、平坦的、厚度薄的、扁平的扁平結(jié)構(gòu)，并且形成為環(huán)狀，亦即大致的法蘭盤狀。并且，如圖1(3)以及圖パ2)中所示，輸電線圈8以及受電線圈9分別在外側(cè)具備扁平的扁平結(jié)構(gòu)的鐵氧體芯等磁芯6。磁芯6由強(qiáng)磁性體構(gòu)成，形成為扁平的平板狀并且為環(huán)狀也就是大致法蘭盤狀，相對(duì)于輸電線圈8、受電線圈9形成為稍大的表面積，并且同心配置。而且，磁芯6在増大線圈電感并強(qiáng)化電磁耦合的同吋，感應(yīng)形成的磁通進(jìn)行收集以及定向。關(guān)于電磁感應(yīng)的互感作用的說(shuō)明如下。非接觸供電裝置7在供電時(shí)，在近鄰著進(jìn)行位置對(duì)應(yīng)的輸電線圈8和受電線圈9之間，利用在輸電線圈8形成磁通，在受電線圈9中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。如此這般從輸電線圈8向受電線圈9供給電カ是公知公用的做法。S卩，如圖1(3)所示，通過(guò)從電源12向輸電側(cè)電路4的輸電線圈8施加供電交流、 亦即勵(lì)磁電流進(jìn)行通電，產(chǎn)生自身感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，在輸電線圈8的周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)H，由此在相對(duì)于其線圈面為直角方向上形成磁通。而且，如此形成的磁通通過(guò)貫穿并交鏈(interlinkage)受電側(cè)電路5的受電線圈 9，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，形成磁場(chǎng)H。這樣，利用感應(yīng)出的磁場(chǎng)H來(lái)輸送和接收電力。能夠供給 Ikff以上程度，進(jìn)ー步為數(shù)kW以上，并且進(jìn)ー步為數(shù)十kW以上 數(shù)百kW以下程度的電力。非接觸供電裝置7中，基于這樣的電磁感應(yīng)的互感作用，輸電線圈8與受電線圈9 之間形成磁通的磁路，由此，輸電線圈8和受電線圈9之間電磁耦合，進(jìn)行非接觸供電。以上為關(guān)于非接觸供電裝置7的一般性說(shuō)明。本發(fā)明概要以下，參照?qǐng)D1、圖2對(duì)本發(fā)明的非接觸供電裝置7進(jìn)行說(shuō)明。首先，關(guān)于本發(fā)明的概要如下。
本發(fā)明的非接觸供電裝置7中，輸電線圈8由多個(gè)單位線圈8'在平面內(nèi)的集合體構(gòu)成。同樣，受電線圈9也由多個(gè)單位線圈9'在平面內(nèi)的集合體構(gòu)成。而且，輸電線圈8的各單位線圈8'相鄰配置，并且，并排成直線且相鄰配置的單位線圈8'相互之間電流方向I設(shè)定為相逆(相反)，由此磁極的N極和S極相逆。與此對(duì)應(yīng)，受電線圈9的各單位線圈9'也相鄰配置，并且，并排成直線且相鄰配置的單位線圈9' 相互之間電流方向I設(shè)定為相逆，由此磁極的N極和S極相逆。于是，并排成直線且相鄰配置的單位線圈8'(單位線圈9')分別形成的磁場(chǎng)H 中重疊的部分基于NS相逆磁極通過(guò)互相消除而抵消。由此在總體上減少對(duì)外輻射的電磁波。以上為本發(fā)明的概要。以下，針對(duì)該種本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)敘述。關(guān)于線圈的相鄰配置首先，輸電線圈8(受電線圈9)由多個(gè)單位線圈8'(單位線圈9')在平面內(nèi)的集合體構(gòu)成，多個(gè)單位線圈中的各單位線圈8' (9')相鄰配置。圖1(1)所示第一實(shí)例中，使用了兩個(gè)單位線圈8' (9')，圖1(2)所示第二實(shí)例中，使用了四個(gè)單位線圈8' (9')。像這樣，使用兩個(gè)或者四個(gè)或者八個(gè)等偶數(shù)個(gè)單位線圈8' (9')的例子為代表性實(shí)例，但是也可以是使用三個(gè)以上的奇數(shù)個(gè)的例子。如上所述多個(gè)單位線圈8' (9')相鄰配置。首先，如圖1(1)的第一實(shí)例以及圖 1(2)的第二實(shí)例所示，單位線圈8' (9')相互緊密接觸地進(jìn)行配置的情況為代表性實(shí)例， 但是也不局限于該種圖1(1)以及圖1(2)，還可以考慮到單位線圈8' (9')相互之間存在間隙間隔地進(jìn)行配置的情況、兩種情況混合存在的情況等。另外，可以考慮到各單位線圈8' (9')如第一實(shí)例那樣左右橫排成一列(X方向并排)的情況，但也不局限于此，也可以考慮到前后縱排成一列(Y方向并排)的情況，進(jìn)一步能夠考慮到如第二實(shí)例那樣左右前后縱橫并排(X、Y方向并排)的情況等。以上為關(guān)于線圈相鄰配置的說(shuō)明。關(guān)于電流方向I如上相鄰配置的各單位線圈8' (9')進(jìn)一步在并排成直線且相鄰配置的相互之間設(shè)定為電流方向I相逆。S卩，圖1(1)的第一實(shí)例中，在左右橫向(X方向)上并排成直線且相鄰配置的兩個(gè)單位線圈8' (9')之間，電流方向I設(shè)定為相逆。在圖1(2)的第二實(shí)例中，在左右橫向 (X方向)以及前后縱向(Y方向)上并排成直線且相鄰配置的各單位線圈8' (9')之間， 電流方向I設(shè)定為相逆。除了斜的、也就是交叉的相鄰配置關(guān)系之外，在左右橫向和/或前后縱向上并排成直線且相鄰配置的單位線圈8' (9')之間，電流方向I設(shè)定為相逆。與此不同，對(duì)于例如斜的、也就是交叉的相鄰配置關(guān)系的單位線圈8' (9')而言，雖然相鄰著進(jìn)行配置，但是由于沒有并排成直線，因此電流方向I相同(參照?qǐng)D1(2))。作為如上所述在規(guī)定的單位線圈8' (9')之間將電流方向I設(shè)定為相逆的方式，以下例子具有代表性將各單位線圈8' (9')之間串聯(lián)連接，并且，使各單位線圈 8' (9')之間的連接配線在途中交叉，由此在各單位線圈8' (9')相互之間使線圈卷繞方向相逆。并且，還可以為如下例子使如上所述各單位線圈8' (9')相互之間為相位不同的相逆相位，并且使線圈卷繞方向相同。
以上是關(guān)于電流方向I的說(shuō)明。關(guān)于磁極等并排成直線且相鄰配置的各單位線圈8' (9')由于如上所述電流方向I設(shè)定為相逆，因此相互之間的磁極也就是N極和S極相逆(安培右手螺旋法則)。圖1(1)的第一實(shí)例中，在左右橫向(X方向)上并排成直線且相鄰配置的兩個(gè)單位線圈8' (9')之間，基于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)出的磁場(chǎng)H的磁極相互為相逆磁極(NS相逆磁極)。圖K2)的第二實(shí)例中，在左右橫向(X方向)以及前后縱向(Y方向)上并排成直線且相鄰配置的各單位線圈8' (9')之間，基于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)出的磁場(chǎng)H的磁極相互為相逆磁極，為NS相逆磁極。但是，形成輸電線圈8的各單位線圈8'和形成受電線圈9的各單位線圈9'在進(jìn)行供電時(shí)分別成對(duì)地近鄰著進(jìn)行位置對(duì)應(yīng)。這樣，當(dāng)然在輸電線圈8的一個(gè)單位線圈8'和受電線圈9的一個(gè)單位線圈9'之間構(gòu)成成對(duì)的N極和S極。另外，輸電線圈8的一個(gè)單位線圈8'以及受電線圈9的一個(gè)單位線圈9'分別被當(dāng)作由N極和S極構(gòu)成的極數(shù)為2的兩極線圈?；诩隙鄠€(gè)該種單位線圈8'而成的輸電線圈8和集合多個(gè)單位線圈9'而成的輸電線圈9，該非接觸供電裝置7的輸電線圈8和受電線圈9分別被當(dāng)作四極以上的多極線圈結(jié)構(gòu)。例如，第一實(shí)例的輸電線圈8(受電線圈9)被當(dāng)作四極線圈結(jié)構(gòu)，第二實(shí)例的輸電線圈8 (受電線圈9)被當(dāng)作八極線圈結(jié)構(gòu)(對(duì)此，圖3所示該種現(xiàn)有實(shí)例的輸電線圈 2和受電線圈3均被當(dāng)作兩極線圈結(jié)構(gòu))。以上是關(guān)于磁極等的說(shuō)明。關(guān)于磁場(chǎng)首先，輸電線圈8以及受電線圈9中，如圖1 (1)、(2)所示，并排成直線且相鄰配置的各單位線圈8'間(9'間)相互之間磁極也就是N極和S極相逆。而且，在輸電線圈8的各單位線圈8'和受電線圈9的各單位線圈9'之間，由分別成對(duì)的每個(gè)單位線圈8'和單位線圈9'形成多個(gè)磁場(chǎng)H。而且，如圖1(3)所示，對(duì)于并排形成的磁場(chǎng)H而言，并排且相鄰的磁場(chǎng)的方向h為相逆。亦即，在氣隙G中感應(yīng)的高頻磁場(chǎng)H(交變磁場(chǎng)H)各自的磁場(chǎng)方向h為相逆。于是，如上所述磁場(chǎng)方向h為相逆并且并排著相鄰的兩個(gè)磁場(chǎng)H的重疊部分通過(guò)局部的相互消除而抵消。亦即，在圖1C3)中，在上下成對(duì)的各單位線圈8'、9'中上下形成的各磁場(chǎng)H基于左右并排成直線且相鄰的單位線圈8'間以及9'間的NS相逆磁極設(shè)定， 上下間的磁通的方向以及磁場(chǎng)的方向h在順時(shí)針方向或逆時(shí)針方向上相逆。于是，形成的磁場(chǎng)H中重疊部分基于磁場(chǎng)方向h為逆，通過(guò)相互消除被抵消、減弱。以上是關(guān)于磁場(chǎng)H的說(shuō)明。關(guān)于電磁場(chǎng)輻射D等關(guān)于電磁場(chǎng)輻射D等的說(shuō)明如以下a、b、c中所述。a.首先，一般在輸電線圈8的外側(cè)配置磁芯6，并在受電線圈9的外側(cè)配置磁芯6。 于是，如圖1(3)中所示，在磁芯6外側(cè)的上下方向(Z方向)上幾乎不存在基于所形成的磁場(chǎng)H的電磁場(chǎng)輻射D，也幾乎沒有電磁場(chǎng)強(qiáng)度r。這一點(diǎn)在該種現(xiàn)有實(shí)例中也相同(參照?qǐng)D 3(2))0
b與此同時(shí)，在本發(fā)明中，如圖2(1)的第一實(shí)例所示，前后方向(Y方向)的電磁場(chǎng)輻射D被大幅削減，電磁場(chǎng)強(qiáng)度r也大幅下降。它們幾乎接近于0。其原因在于基于并排成直線且相鄰配置的單位線圈8'間(9'間)的NS相逆磁極設(shè)定，各磁場(chǎng)H的磁場(chǎng)方向h 為相逆。亦即，這是相鄰磁場(chǎng)H間相互局部重疊的部分很大程度上相互消除并被抵消、減弱的結(jié)果。c.與此不同，在圖2(1)的第一實(shí)例中，左右方向(X方向)的電磁場(chǎng)輻射D沒有被大幅削減，削減停留在中等程度，電磁場(chǎng)強(qiáng)度r也沒有大幅度下降，而是停留在中等程度的下降。停留在中等程度是基于與上述b的情況相比，局部重疊的部分較小，相互的消除也并且，該情況下，并排成直線且相鄰配置的單位線圈8'間(單位線圈9'間)的間隔J越小，則重疊部分越大，削減以及下降的比例更大。與此不同，間隔J越大，則重疊部分越小，削減以及下降的比例更小。但是，以上所述的a、b、c這幾點(diǎn)是基于圖1(1)、圖(3)、圖2(1)中所示四極線圈結(jié)構(gòu)的例子的說(shuō)明。與此不同，在圖1 O)、圖2(2)所示八極線圈結(jié)構(gòu)的例子中，由于上述四極線圈結(jié)構(gòu)進(jìn)一步相互復(fù)合，因此關(guān)于上述b、c兩點(diǎn)，電磁場(chǎng)輻射D進(jìn)一步被大幅削減，電磁場(chǎng)強(qiáng)度r也進(jìn)一步大幅下降。電磁場(chǎng)輻射D以及電磁場(chǎng)強(qiáng)度r幾乎接近于0的方向和范圍增加。以上是關(guān)于電磁場(chǎng)輻射D等的說(shuō)明。關(guān)于電磁波該非接觸供電裝置7中，由于采用NS相逆磁極的例如四極結(jié)構(gòu)或者八極結(jié)構(gòu)的多極結(jié)構(gòu)，如上所述，電磁場(chǎng)輻射D被削減，電磁場(chǎng)強(qiáng)度!·也下降。對(duì)外輻射的電磁波在前述該種現(xiàn)有實(shí)例中體現(xiàn)出無(wú)指向性亦即各向同性(參照?qǐng)D3(3))，而在本發(fā)明中體現(xiàn)出特定、限定的指向性亦即方向性(參照?qǐng)D2(1)、(2)等)。亦即，對(duì)外擴(kuò)散的電場(chǎng)和磁場(chǎng)H被削減，其強(qiáng)度也下降。這樣，對(duì)外輻射的電磁波被減少。大致在平面內(nèi)在前后方向(Y方向)以及左右方向(X方向)上傳播并蔓延的電磁波在總體上被大幅減少。亦即，所引起的向周圍蔓延的電力線和磁力線在量上被削減的同時(shí)在質(zhì)上強(qiáng)度下降。以上為關(guān)于電磁波的說(shuō)明。作用等本發(fā)明的非接觸供電裝置7如上所說(shuō)明的那樣來(lái)構(gòu)成。于是，本發(fā)明具有如下作用。(1)進(jìn)行供電時(shí)，車輛B等移動(dòng)體側(cè)搭載的受電側(cè)電路5的受電線圈9相對(duì)于地上 A側(cè)固定設(shè)置的輸電側(cè)電路4的輸電線圈8在存在氣隙G的狀態(tài)下非接觸地近鄰著進(jìn)行位置對(duì)應(yīng)。然后，供給電力。典型的是通過(guò)停止供電方式來(lái)實(shí)施供電(參照?qǐng)D5等)。(2)在進(jìn)行供電時(shí)，首先將來(lái)自電源12的高頻交流作為勵(lì)磁電流對(duì)輸電側(cè)電路4 的輸電線圈8進(jìn)行通電。于是，輸電線圈8中形成磁通，由此在輸電線圈8與受電線圈9間的氣隙G中形成磁通的磁路(參照?qǐng)D1(3)、圖4、圖5等)。(3)這樣，輸電線圈8與受電線圈9之間通過(guò)氣隙G實(shí)現(xiàn)電磁耦合，并由此磁通貫穿并交鏈?zhǔn)茈娋€圈9，從而生成感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。
非接觸供電裝置7通過(guò)利用如此感應(yīng)出的磁場(chǎng)H，基于電磁感應(yīng)的互感作用，從輸電側(cè)電路4向受電側(cè)電路5供給電力(參照?qǐng)D1(3)等)。(4)但是，該種非接觸供電裝置7中使用了例如IOkHz以上 IOOkHz以下程度的高頻交流，由此在氣隙G中感應(yīng)出密度大的強(qiáng)高頻磁場(chǎng)H(交變磁場(chǎng)H)。于是，存在電磁波從氣隙G向外部強(qiáng)力輻射的危險(xiǎn)。電磁場(chǎng)輻射D以及電磁場(chǎng)強(qiáng)度r帶有無(wú)指向性亦即各向同性，存在強(qiáng)力對(duì)外擴(kuò)散的可能(參照?qǐng)D3的現(xiàn)有實(shí)例)。(5)與此不同，本發(fā)明首先在氣隙G形成區(qū)域的外側(cè)亦即輸電線圈8的外側(cè)面(例如下表面)以及受電線圈9的外側(cè)面(例如上表面)分別配置有磁芯6。這樣，電磁場(chǎng)輻射D向同向(Z方向)的輻射被遮擋，幾乎不存在電磁波的對(duì)外輻射(參照?qǐng)D1(3)、圖3(2)
寸J ο(6)但是，氣隙G的各側(cè)面(例如前后表面以及左右表面)不存在磁芯6等，向外部敞開。由此，對(duì)于氣隙G的各側(cè)方(相對(duì)于Z方向的X方向、Y方向)而言，在該狀態(tài)下， 大致在平面內(nèi)傳播并蔓延的電磁場(chǎng)輻射D擴(kuò)散的可能性大。亦即，電磁波強(qiáng)力對(duì)外輻射的可能性大(參照?qǐng)D3的現(xiàn)有實(shí)例)。(7)于是，在本發(fā)明中，對(duì)于輸電線圈8以及受電線圈9而言，首先采用了例如四極結(jié)構(gòu)或者八極結(jié)構(gòu)的多極結(jié)構(gòu)。與此同時(shí)，本發(fā)明中并排成直線且相鄰配置的其單位線圈 8'間(單位線圈9'間)相互之間電流方向I設(shè)定為相逆，由此采用了磁極亦即N極和S 極相逆的結(jié)構(gòu)(參照?qǐng)D1)。(8)如上所述，對(duì)于并排成直線且相鄰配置而且NS磁極相逆的單位線圈8'(單位線圈9')而言，分別形成的磁場(chǎng)H的磁場(chǎng)方向h為相逆。由此，形成的磁場(chǎng)H的相互重疊部分相互消除，由此磁場(chǎng)H的NS方向的作用被抵消、減弱。形成的磁場(chǎng)H的密度被大幅降低。(9)因此，對(duì)外擴(kuò)散的電磁場(chǎng)輻射D被大幅削減，電磁場(chǎng)強(qiáng)度r也大幅下降。它們體現(xiàn)出特定、限定的指向性亦即方向性(比較對(duì)照本發(fā)明圖2(1)、(2)與該種現(xiàn)有實(shí)例的圖 3(3))。這樣，從氣隙G的各側(cè)面對(duì)外輻射的電磁波在總體上被大幅減少。向周圍傳播蔓延的電力線以及磁力線在量上被削減的同時(shí)在質(zhì)上強(qiáng)度下降。(10)如上所述，對(duì)外輻射的電磁波在總體上被大幅減少，防止了電磁波損傷發(fā)生的可能性，因此能夠進(jìn)一步擴(kuò)大氣隙G。即，擴(kuò)大氣隙G后，輸電線圈8的勵(lì)磁無(wú)功功率成比例增加，由此招致勵(lì)磁視在功率的增加，但是其不良影響被上述(9)所述抵補(bǔ)。亦即，即便通過(guò)氣隙G的擴(kuò)大招致功率增加，對(duì)外輻射的電磁波也被大幅減少。能夠可靠地阻止伴隨著氣隙G的擴(kuò)大而對(duì)外擴(kuò)散的電磁場(chǎng)輻射D的擴(kuò)大以及電磁場(chǎng)強(qiáng)度r的增大。以上是關(guān)于作用等的說(shuō)明。
權(quán)利要求
1.ー種非接觸供電裝置，其基于電磁感應(yīng)的互感作用，從輸電側(cè)電路的輸電線圈向受電側(cè)電路的受電線圈在存在氣隙的非接觸狀態(tài)下近鄰著進(jìn)行位置對(duì)應(yīng)的同時(shí)供給電力，所述非接觸供電裝置的特征在干，該輸電線圈以及受電線圈分別由多個(gè)單位線圈在平面內(nèi)的集合體構(gòu)成，各個(gè)該單位線圈形成為卷繞成螺旋狀且扁平的扁平結(jié)構(gòu)、并相鄰配置，并且在并排成直線且相鄰配置的相互之間，電流方向設(shè)定為相逆。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸供電裝置，其特征在干，能夠通過(guò)停止供電方式供給電力，該停止供電方式為進(jìn)行供電時(shí)該受電線圈相對(duì)于固定的該輸電線圈近鄰著進(jìn)行位置對(duì)應(yīng)后停止，該輸電線圈和受電線圈由在上下等能夠成對(duì)的對(duì)稱結(jié)構(gòu)構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非接觸供電裝置，其特征在干，一個(gè)該單位線圈構(gòu)成成對(duì)的N極和S扱，所以一個(gè)該單位線圈被當(dāng)作極數(shù)為2的兩極線圈，由此，輸電線圈和受電線圈通過(guò)分別為偶數(shù)個(gè)的該単位線圈的集合而被當(dāng)作四極線圈結(jié)構(gòu)、八極線圈結(jié)構(gòu)、或其以上的多級(jí)線圈結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的非接觸供電裝置，其特征在干，并排成直線且相鄰配置的該單位線圈基于相互之間電流方向相逆的設(shè)定，磁極的N極和S極相逆。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的非接觸供電裝置，其特征在干，并排成直線且相鄰配置的該單位線圈分別形成的磁場(chǎng)中重疊的部分基于NS相逆磁極互相消除并抵消，由此在總體上減少對(duì)外輻射的電磁波。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的非接觸供電裝置，其特征在干，該輸電線圈以及受電線圈分別在外側(cè)具備扁平的扁平結(jié)構(gòu)的鐵氧體芯等磁芯。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的非接觸供電裝置，其特征在干，該輸電線圈等輸電側(cè)電路固定配置在地面、或者路面、或者地板面等地上側(cè)，該受電線圈等受電側(cè)電路搭載在車輛或其它移動(dòng)體側(cè)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種非接觸供電裝置，第一，其能夠在總體上大幅削減對(duì)外輻射的電磁波，防止了電磁波損傷，第二，基于上述第一點(diǎn)還能夠擴(kuò)大氣隙。本發(fā)明的非接觸供電裝置(7)基于電磁感應(yīng)的互感作用，從輸電側(cè)電路(4)的輸電線圈(8)向受電側(cè)電路(5)的受電線圈(9)在存在氣隙(G)的狀態(tài)下近鄰著進(jìn)行位置對(duì)應(yīng)的同時(shí)供給電力。而且，輸電線圈(8)以及受電線圈(9)分別由多個(gè)單位線圈(8′)以及單位線圈(9′)在平面內(nèi)的集合體構(gòu)成。各單位線圈(8′、9′)形成為卷繞成螺旋狀且扁平的扁平結(jié)構(gòu)，并且，在并排成直線且相鄰配置的相互之間，電流方向(I)設(shè)定為相逆，由此磁極的N極和S極相逆。其結(jié)果，并排成直線且相鄰配置的單位線圈(8′、9′)分別形成的磁場(chǎng)(H)中重疊部分通過(guò)互相消除而抵消。
文檔編號(hào)H02J17/00GK102545393SQ20111025191
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月20日
發(fā)明者佐藤剛, 沖米田恭之, 山本喜多男, 望月正志, 阿部馨介 申請(qǐng)人:昭和飛行機(jī)工業(yè)株式會(huì)社