專利名稱：線圈單元、非接觸電力傳送裝置、車輛及非接觸電力供電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種線圈單元、非接觸電力傳送裝置、車輛及非接觸電力供電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
以往，線圈單元正如在日本特開2003-79597號公報或日本特開2008-67807號公報中記載那樣利用在磁諧振攝像裝置中。近年來，由于對環(huán)境的關(guān)注的提高，而電動機動車或混合動力車輛引起關(guān)注，作為從外部以非接觸的方式對搭載于車輛的蓄電池進行充電的方法，著眼于使用了線圈單元的電磁感應方式或諧振方式的充電方法。并且，例如日本特開平7-67270號公報記載的非接觸供電裝置具備埋設于地面的一次線圈和搭載于車輛的二次線圈，利用二次線圈產(chǎn)生的感應電流，對搭載于車輛的蓄電池進行充電。日本特開2010-73976號公報記載的無線電力傳送裝置具備搭載于電動機動車的受電裝置、供電裝置，供電裝置包括電力傳送用的通信線圈，受電裝置包括電力接收用的通信線圈。電力傳送用的通信線圈包括一次線圈和諧振線圈，電力接收用的通信線圈包括一次線圈和諧振線圈。電力接收用的通信線圈和電力傳送用的通信線圈以諧振型電力傳遞方式，無線地傳送電力。在先技術(shù)文獻專利文獻專利文獻1:日本特開2003-79597號公報專利文獻2:日本特開2008-67807號公報專利文獻3:日本特開平7-67270號公報專利文獻4:日本特開2010-73976號公報

發(fā)明內(nèi)容
在電磁感應方式的非接觸電力傳送方法中，在一次線圈與二次線圈之間能夠進行電力的傳送的距離短，需要使一次線圈與二次線圈接近。因此，在需要某種程度的送電距離或受電距離時，是不適合的送電方式。另一方面，在日本特開2010-73976號公報記載的無線電力傳送裝置中，采用諧振型電力傳遞方式，與電磁感應方式相比，能夠延長送電距離及受電距離。
然而，在采用諧振型電力傳遞方式的電力傳送裝置中，在電力傳送用的諧振線圈與電力接收用的諧振線圈發(fā)生位置錯動時，電力的傳送效率及接收效率顯著下降。本發(fā)明鑒于上述那樣的課題而作出，其目的在于，提供一種線圈單元、非接觸電力傳送裝置、車輛及非接觸電力供電系統(tǒng)，在該具備利用電磁諧振而能夠進行電力的傳送和/或接收的諧振線圈的線圈單元中，即使與對方側(cè)的諧振線圈發(fā)生位置錯動，也能實現(xiàn)電力的傳送效率或接收效率的下降的抑制。
本發(fā)明的線圈單元是包括第二自諧振線圈的線圈單元，所述第二自諧振線圈通過與隔開間隔配置的第一自諧振線圈進行電磁諧振而在所述第二自諧振線圈與第一自諧振線圈之間進行電力的傳送和/或接收。上述第二自諧振線圈包括第一線圈和配置在第一線圈的內(nèi)側(cè)的多個第二線圈。上述第一線圈形成的磁場的方向與第二線圈形成的磁場的方向為相同方向。上述第二線圈相互隔開間隔而配置。優(yōu)選的是，上述第一線圈及第二線圈為單匝線圈。
優(yōu)選的是，上述第二線圈以與第一線圈的內(nèi)周緣部內(nèi)切的方式配置。優(yōu)選的是，上述第二自諧振線圈由一根導線形成。
優(yōu)選的是，上述第二自諧振線圈以中心線為中心而形成為環(huán)狀。上述線圈單元還具備從上述第二自諧振線圈沿著中心線延伸的方向隔開間隔配置的電磁感應線圈。上述第二自諧振線圈包括將第一線圈與第二線圈連接的連接線。上述連接線形成為以向電磁感應線圈側(cè)鼓起的方式彎曲而跨過第二自諧振線圈的一部分。上述電磁感應線圈包括沿著連接線彎曲的彎曲部，從而所述電磁感應線圈與第二自諧振線圈之間的距離為恒定。
優(yōu)選的是，上述第二自諧振線圈以中心線為中心而形成為環(huán)狀，上述線圈單元還具備從第二自諧振線圈沿 著中心線延伸的方向隔開間隔配置的電磁感應線圈。上述第二自諧振線圈包括將第一線圈與第二線圈連接的連接線。上述連接線形成為，相對于第二自諧振線圈朝向與電磁感應線圈相反一側(cè)彎曲而跨過第二自諧振線圈的一部分。
優(yōu)選的是，上述第二自諧振線圈以中心線為中心而形成為環(huán)狀。若沿上述中心線從上方的位置觀察第二自諧振線圈和電磁感應線圈，則電磁感應線圈與第一線圈重合。本發(fā)明的非接觸電力傳送裝置具備上述線圈單元。本發(fā)明的車輛具備上述線圈單元和蓄積電力的蓄電裝置。
本發(fā)明的非接觸電力供電裝置具備:第一線圈單元，包括第一自諧振線圈；第二線圈單元，包括第二自諧振線圈，所述第二自諧振線圈通過與第一自諧振線圈之間的電磁諧振而進行電力的傳送和/或接收。
上述第一自諧振線圈包括第一線圈和設置在第一線圈內(nèi)的多個第二線圈。上述第二自諧振線圈包括第三線圈和設置在第三線圈內(nèi)的多個第四線圈。上述第一線圈與第二線圈形成的磁場的方向為相同方向。第三線圈與第四線圈形成的磁場的方向為相同方向。
發(fā)明效果
根據(jù)本發(fā)明的線圈單元、非接觸電力傳送裝置、車輛及非接觸電力供電系統(tǒng)，即使諧振線圈彼此發(fā)生位置錯動，也能夠?qū)㈦娏Φ慕邮招始皞魉托示S持得較高。


圖1是表示基本的非接觸供電系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖。
圖2是用于說明基于諧振法的送電的原理的圖。
圖3是表示距電流源(磁流源)的距離與電磁場的強度的關(guān)系的圖。
圖4是示意性地表示搭載于車輛的線圈單元101的立體圖。
圖5是從圖4所示的V方向觀察二次諧振線圈110及二次電磁感應線圈120的俯視圖。
圖6是用于詳細說明二次諧振線圈110的分解圖，是按照構(gòu)成二次諧振線圈110的各結(jié)構(gòu)要素而將二次諧振線圈110切斷時的分解圖。圖7是表示連接線116及其周圍的結(jié)構(gòu)的立體圖。圖8是表示二次諧振線圈110及二次電磁感應線圈120的一部分的側(cè)視圖。圖9是表示電流流過二次諧振線圈110時的狀態(tài)的示意圖。圖10是表示使諧振頻率的電流流過二次諧振線圈110時的狀態(tài)的示意圖。圖11是示意性地表示線圈單元201的立體圖。圖12是從圖11所示的XII方向觀察一次電磁感應線圈230及一次諧振線圈240時的俯視圖。圖13是示意性地表示在一次諧振線圈240的周圍形成的鄰近場的強度較強的區(qū)域的示意圖。圖14是表示對搭載于車輛100的蓄電裝置150進行充電時的二次諧振線圈110及一次諧振線圈240的相對位置關(guān)系的示意圖。圖15是在二次諧振線圈110與一次諧振線圈240沿著鉛垂方向排列的狀態(tài)下，表示二次諧振線圈110與鄰近場NF2的位置關(guān)系的俯視圖。圖16是表示二次諧振線圈110從圖15所示的二次諧振線圈110的位置發(fā)生了位置錯動的狀態(tài)的俯視圖。圖17是表示線圈單元101的第一變形例的立體圖。圖18是表示線圈單元201的第一變形例的立體圖。圖19是示意性地表示二次諧振線圈110和車輛100的俯視圖。圖20是示意性地表示二次諧振線圈110和車輛100的俯視圖。圖21是表示二次諧振線圈110的變形例的俯視圖。
具體實施例方式以下，參照附圖，詳細說明本發(fā)明的實施方式。需要說明的是，對于圖中同一或相當部分，標注同一符號而不重復其說明。圖1是表示基本的非接觸供電系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖。參照圖1，非接觸供電系統(tǒng)具備作為受電裝置發(fā)揮功能的車輛100和供電裝置200。車輛100包括線圈單元101、整流器130、DC/DC轉(zhuǎn)換器140、蓄電裝置150、功率控制單元(以下也稱為“PCU (Power Control Unit)”)160、電動機 170、車輛 ECU (ElectronicControl Unit) 180。需要說明的是，車輛100的結(jié)構(gòu)只要是由電動機驅(qū)動的車輛即可，并不局限于圖1所示的結(jié)構(gòu)。例如，車輛100包括具備電動機和內(nèi)燃機的混合動力車輛、具備燃料電池的燃料電池機動車、電動機動車等。
線圈單元101包括二次諧振線圈110和二次電磁感應線圈120。二次諧振線圈110例如設置在車身下部。二次諧振線圈Iio是LC諧振器，經(jīng)由電磁場而與設于供電裝置200的線圈單元201的一次諧振線圈240諧振，由此從供電裝置200進行電力的接收和/或傳送。需要說明的是，關(guān)于二次諧振線圈110的電容成分，為了得到規(guī)定的電容而將電容器設于二次諧振線圈110，在通過線圈的寄生電容能夠應對時，也可以不設置電容器。二次諧振線圈110基于與供電裝置200的一次諧振線圈240之間的距離、一次諧振線圈240及二次諧振線圈110的諧振頻率等，以表示一次諧振線圈240與二次諧振線圈110的諧振強度的Q值(例如，Q > 100)及表示其耦合度的K等增大的方式形成。二次電磁感應線圈120設置在與二次諧振線圈110同一軸上，通過電磁感應而能夠與二次諧振線圈Iio進行磁耦合。該二次電磁感應線圈120通過電磁感應取出由二次諧振線圈110接收的電力而向整流器130輸出。整流器130對由二次電磁感應線圈120取出的交流電力進行整流而將直流電力向DC/DC轉(zhuǎn)換器140輸出。DC/DC轉(zhuǎn)換器140基于來自車輛E⑶180的控制信號，將由整流器130整流后的電力轉(zhuǎn)換成蓄電裝置150的電壓等級而向蓄電裝置150輸出。需要說明的是，在使車輛邊行駛邊從供電裝置200受電時，DC/DC轉(zhuǎn)換器140也可以將由整流器130整流后的電力轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)電壓而向K:U160直接供給。而且，DC/DC轉(zhuǎn)換器140并非必須，也可以是由二次電磁感應線圈120取出的交流電力由整流器130整流之后向蓄電裝置150直接施加。蓄電裝置150是可再充電的直流電源，例如包括鋰離子或鎳氫等二次電池而構(gòu)成。蓄電裝置150除了蓄積 從DC/DC轉(zhuǎn)換器140供給的電力之外，還蓄積由電動機170發(fā)電的再生電力。并且，蓄電裝置150將其蓄積的電力向PCU160供給。需要說明的是，作為蓄電裝置150，可以采用大電容的電容器，只要是暫時蓄積從供電裝置200供給的電力或來自電動機170的再生電力，并能夠?qū)⑵湫罘e的電力向PCU160供給的電力緩沖器即可，可以是任意的結(jié)構(gòu)。P⑶160通過從蓄電裝置150輸出的電力或從DC/DC轉(zhuǎn)換器140直接供給的電力來驅(qū)動電動機170。而且，PCU160將由電動機170發(fā)電的再生電力(交流電力)轉(zhuǎn)換成直流電力而向蓄電裝置150輸出，對蓄電裝置150進行充電。電動機170由P⑶160驅(qū)動，產(chǎn)生車輛行駛用的驅(qū)動力而向驅(qū)動輪輸出。而且，電動機170通過從驅(qū)動輪或在混合動力車輛的情況下從未圖示的發(fā)動機接受的動能進行發(fā)電，并將該發(fā)電的再生電力向PCU160輸出。車輛ECU180包括在圖1中均未圖不的CPU (Central Processing Unit)、存儲裝置及輸入輸出緩沖器，進行來自各傳感器等的信號的接收或向各設備的控制信號的輸出，并且進行車輛100及各設備的控制。需要說明的是，關(guān)于這些控制，并不局限于基于軟件的處理，也可以通過專用的硬件(電子電路)進行處理。需要說明的是，在圖1中，車輛E⑶180是進行車輛100的行駛控制、及來自供電裝置200的電力的接收控制這雙方的結(jié)構(gòu)，但控制裝置的結(jié)構(gòu)并未限定于此。即，車輛100可以是分別具備與各設備或各功能對應的控制裝置的結(jié)構(gòu)。例如，可以是具備主要用于進行受電控制用的受電ECU的結(jié)構(gòu)。車輛E⑶180在從供電裝置200向車輛100的供電時，控制DC/DC轉(zhuǎn)換器140。車輛E⑶180例如控制DC/DC轉(zhuǎn)換器140，由此將整流器130與DC/DC轉(zhuǎn)換器140之間的電壓控制成規(guī)定的目標電壓。而且，車輛ECU180在車輛的行駛時，基于車輛的行駛狀況或蓄電裝置150的充電狀態(tài)(也稱為“SOC (State Of Charge)”)來控制PCU160。另一方面，供電裝置200包括交流電源210、高頻電力驅(qū)動器220、線圈單元201。線圈單元201包括一次電磁感應線圈230、一次諧振線圈240、一次諧振線圈240。交流電源210是車輛外部的電源，例如是商用電源。高頻電力驅(qū)動器220將從交流電源210接受的電力轉(zhuǎn)換成高頻的電力，并將該轉(zhuǎn)換后的高頻電力向一次電磁感應線圈230供給。需要說明的是，高頻電力驅(qū)動器220生成的高頻電力的頻率例如為IM 幾十MHz ο
—次電磁感應線圈230設置在與一次諧振線圈240同一軸上,通過電磁感應而能夠與一次諧振線圈240進行磁耦合。并且，一次電磁感應線圈230將從高頻電力驅(qū)動器220供給的高頻電力通過電磁感應向一次諧振線圈240供電。
一次諧振線圈240設置在例如地面附近。一次諧振線圈240與二次諧振線圈110同樣為LC諧振器，經(jīng)由電磁場而與車輛100的二次諧振線圈110諧振，由此向車輛100傳送電力或從車輛100接收電力。需要說明的是，關(guān)于一次諧振線圈240的電容成分，為了得到規(guī)定的電容而可以將電容器設于一次諧振線圈240，在用一次諧振線圈240的寄生電容能夠應對時，電容器并非必須。
該一次諧振線圈240也基于與車輛100的二次諧振線圈110之間的距離、一次諧振線圈240及二次諧振線圈110的諧振頻率等，以Q值(例如，Q>100)及耦合度κ等增大的方式形成。
圖2是用于說明基于諧振法的送電的原理的圖。參照圖2，在該諧振法中，與兩個音叉諧振的情況同樣地，具有相同的固有振動頻率的兩個LC諧振器在電磁場(鄰近場)中諧振，由此經(jīng)由電磁場從一方的線圈向另一方的線圈傳送電力。
具體而言，在高頻電源310上連接一次電磁感應線圈320，通過電磁感應，向與一次電磁感應線圈320磁耦合的一次諧振線圈330供給IM 幾十MHz的高頻電力。一次諧振線圈330是基于線圈自身的電感和寄生電容(在線圈上連接電容器時，包含電容器的電容)的LC諧振器，經(jīng)由電磁場(鄰近場)而與具有和一次諧振線圈330相同的諧振頻率的二次諧振線圈340進行諧振。這樣的話，能量(電力)經(jīng)由電磁場而從一次諧振線圈330向二次諧振線圈340移動。向二次諧振線圈340移動的能量(電力)由通過電磁感應而與二次諧振線圈340磁耦合的二次電磁感應線圈350取出，向負載360供給。需要說明的是，基于諧振法的送電在表示一次諧振線圈330與二次諧振線圈340的諧振強度的Q值例如比100大時實現(xiàn)。
需要說明的是，當說明與圖1的對應關(guān)系時，圖1的交流電源210及高頻電力驅(qū)動器220相當于圖2的高頻電源310。而且，圖1的一次電磁感應線圈230及一次諧振線圈240分別相當于圖2的一次電磁感應線圈320及一次諧振線圈330，圖1的二次諧振線圈110及二次電磁感應線圈120分別相當于圖2的二次諧振線圈340及二次電磁感應線圈350。并且，從圖1的整流器130到電動機170總括性地表示為負載360。
圖3是表示距電流源(磁流源)的距離與電磁場的強度的關(guān)系的圖。參照圖3，電磁場由3個成分構(gòu)成。曲線kl是與距波源的距離成反比例的成分，被稱為“輻射電磁場”。曲線k2是與距波源的距離的平方成反比例的成分，被稱為“感應電磁場”。而且，曲線k3是與距波源的距離的立方成反比例的成分，被稱為“靜電磁場”。“靜電磁場”是伴隨著距波源的距離而電磁場的強度急劇減少的區(qū)域，在諧振法中，利用該“靜電磁場”為支配性的鄰近場(消逝場)而進行能量(電力)的傳送。即，在“靜電磁場”為支配性的鄰近場中，使具有相同固有振動頻率的一對諧振器(例如一對LC諧振器)諧振，由此從一方的諧振器(一次諧振線圈)向另一方的諧振器(二次諧振線圈)傳送能量(電力)。該“靜電磁場”不向遠方傳播能量，因此與通過將能量傳播到遠方的“輻射電磁場”來傳送能量(電力)的電磁場相比，諧振法能夠以更少的能量損失進行送電。
圖4是示意性地表示搭載于車輛的線圈單元101的立體圖。如該圖4所示,線圈單元101包括二次諧振線圈110和二次電磁感應線圈120。圖5是從圖4所示的V方向觀察二次諧振線圈110及二次電磁感應線圈120的俯視圖。需要說明的是，在圖5中，二次電磁感應線圈120由虛線表示。如該圖5及圖4所示，二次諧振線圈110配置在二次電磁感應線圈120的下方。二次諧振線圈110包括:以中心線01為中心延伸形成的大徑線圈115 ;在該大徑線圈115內(nèi)配置的多個小徑線圈111、112、113,114 ;多個連接線 116、117、118、119。關(guān)于大徑線圈115和二次電磁感應線圈120，在從位于中心線01上的位置觀察大徑線圈115的中心點的方向上觀察大徑線圈115及二次電磁感應線圈120時，大徑線圈115與二次電磁感應線圈120重合。即，大徑線圈115及二次電磁感應線圈120相互以一方沿著另一方的方式形成。在此，在二次諧振線圈110與二次電磁感應線圈120之間，通過電磁感應進行電流的收發(fā)。大徑線圈115與二次電磁感應線圈120以重合的方式配置，因此在二次諧振線圈110與二次電磁感應線圈120之間進行電流的收發(fā)時，因電流流過二次諧振線圈110而產(chǎn)生的磁力線的大多數(shù)通過二次電磁感應線圈120，在二次電磁感應線圈120產(chǎn)生大的電動勢。因此，在二次諧振線圈110與二次電磁感應線圈120之間能良好地進行電流的收發(fā)。小徑線圈111、112、113、114相互沿著大徑線圈115的周向隔開間隔配置。小徑線圈111、112、113、114以中心線01為中心排列成環(huán)狀，小徑線圈111、112、113、114以與大徑線圈115的內(nèi)周緣部內(nèi)切的方式配置。因此，能夠?qū)⑿骄€圈111、112、113、114的各直徑確保得較大，能夠?qū)崿F(xiàn)電力的接收及傳送效率的提高。二次諧振線圈110由一根導線形成，大徑線圈115、小徑線圈111、112、113、114及連接線116、117、118、119由一根導線一體地形成。通過使二次諧振線圈110由一根導線構(gòu)成，而能夠?qū)⒃谂c二次諧振線圈110之間進行電力的收發(fā)的二次電磁感應線圈120匯集為一個，能夠減少部件個數(shù)。需要說明的是，大徑線圈115及小徑線圈111、112、113、114是單匝線圈，能實現(xiàn)二次諧振線圈110的緊湊化。圖6是用于詳細說明二次諧振線圈110的分解圖，是按照構(gòu)成二次諧振線圈110的結(jié)構(gòu)要素而將二次諧振線圈110切斷時的分解圖。如該圖6所示，大徑線圈115包含多個圓弧部115a 115d。各圓弧部115a 115d以圖4、5所示的中心線01為中心呈圓弧狀地延伸形成。需要說明的是，作為大徑線圈115的形狀，并不局限于圓形形狀，可以采用方形形狀、多邊形形狀、橢圓形狀等各種形狀。小徑線圈111、112、113、114也為大致圓形形狀，但并不局限于圓形形狀，可以采用方形形狀、多邊形形狀、橢圓形狀等各種形狀。需要說明的是，小徑線圈111、112、113、114的各中心線從中心線01分離，以中心線01為中心排列。連接線116、117、118、119 將小徑線圈 111、112、113、114 與圓弧部 115a、115b、115c、115d 連接。連接線116將圓弧部115a的一端與小徑線圈111的一端連接，圓弧部115a的另一端與小徑線圈112的一端連接。
連接線117將小徑線圈112的另一端與圓弧部115b的一端連接，圓弧部115b的另一端與小徑線圈113的一端連接。連接線118將小徑線圈113的另一端與圓弧部115c的一端連接，圓弧部115c的另一端與小徑線圈114的一端連接。連接線119將小徑線圈114的另一端與圓弧部115d的一端連接。圓弧部115d的另一端與小徑線圈111的另一端連接。
需要說明的是，圖6為了便于說明二次諧振線圈110而表示將二次諧振線圈110分解的狀態(tài)，但二次諧振線圈110由一根導線形成。
圖7是表示連接線116及其周圍的結(jié)構(gòu)的立體圖。如該圖7及圖4所示，連接線116以跨過作為二次諧振線圈110的一部分的小徑線圈111的方式形成。
連接線116以朝向二次電磁感應線圈120側(cè)鼓起的方式彎曲。需要說明的是，其他的連接線117、118、119也與二次電磁感應線圈120同樣地形成，以跨過各個二次諧振線圈110的一部分的方式形成。
此時，連接線116、117、118、119與二次諧振線圈110的一部分之間的距離L2例如設定得比構(gòu)成二次諧振線圈Iio的導線的直徑大，抑制在連接線116、117、118、119與二次諧振線圈110之間發(fā)生放電的情況。
圖8是表示二次諧振線圈110及二次電磁感應線圈120的一部分的側(cè)視圖。如該圖8所示，二次電磁感應線圈120包括沿著連接線116延伸的彎曲部121。
連接線116以彎曲部121與連接線116之間的距離LI等于二次電磁感應線圈120中的彎曲部121以外的部分與二次諧振線圈110之間的距離的方式彎曲。
如圖4所示，二次電磁感應線圈120包括沿著二次諧振線圈110的連接線117、118,119 延伸的彎曲部 122、123、124。
由此，二次電磁感應線圈120與二次諧振線圈110彼此在整周以彼此的距離成為恒定距離LI的方式形成。
如此，由于沒有二次諧振線圈110與二次電磁感應線圈120之間的距離變短的部分，因此即使高電壓的電流流過二次諧振線圈110及二次電磁感應線圈120，也能夠抑制在二次諧振線圈110及二次電磁感應線圈120之間發(fā)生放電的情況。
而且，通過將二次電磁感應線圈120及二次諧振線圈110之間的距離保持為恒定間隔，而能夠使二次電磁感應線圈120良好地產(chǎn)生電動勢，能夠良好地進行二次諧振線圈110及二次電磁感應線圈120之間的電力的收發(fā)。
圖9是表示電流流過二次諧振線圈110時的狀態(tài)的示意圖。如該圖9所示，當電流流過二次諧振線圈110時，電流沿著電流方向DO流過大徑線圈115。電流沿著電流方向D1、D2、D3、D4 流過小徑線圈 111、112、113、114。
當電流沿著上述那樣的方向流過大徑線圈115及小徑線圈111、112、113、114時，通過大徑線圈115及小徑線圈111、112、113、114而產(chǎn)生磁場。此時，大徑線圈115及小徑線圈111、112、113、114以通過大徑線圈115及小徑線圈111、112、113、114產(chǎn)生的磁場的方向均朝向相同方向的方式卷繞。
并且，通過使規(guī)定的諧振頻率的電流流過二次諧振線圈110，而在二次諧振線圈110的周圍形成鄰近場。圖10是表示諧振頻率的電流流過二次諧振線圈110時的狀態(tài)的示意圖。通過使諧振頻率的電流流過二次諧振線圈110，而在二次諧振線圈110的周圍形成鄰近場NF1。需要說明的是，圖10示意性地表示在二次諧振線圈110的周圍形成的鄰近場中的強度強的區(qū)域。在大徑線圈115的周圍形成單位鄰近場UNF0，在小徑線圈111、112、113、114的周圍形成單位鄰近場UNF1、UNF2、UNF3、UNF4。小徑線圈111、112、113、114分別隔開間隔配置。在此如果存在小徑線圈111、112、113、114彼此重合的部分，則在該重疊部分，鄰近場不能良好地產(chǎn)生，一次電磁感應線圈230及二次諧振線圈110之間的電力接收及傳送效率下降。因此，在本實施方 式中，將各小徑線圈111、112、113、114彼此隔開間隔配置，由此能實現(xiàn)電力的接收效率的提高。圖11是示意性地表示線圈單元201的立體圖，圖12是從圖11所示的XII方向觀察一次電磁感應線圈230及一次諧振線圈240時的俯視圖。如圖11及圖12所示,線圈單元201包括:一次諧振線圈240 ;在該一次諧振線圈240的下方配置的一次電磁感應線圈230。一次諧振線圈240形成為與二次諧振線圈110實質(zhì)上相同的形狀。一次諧振線圈240包括:大徑線圈245 ;在該大徑線圈245的內(nèi)側(cè)配置的多個小徑線圈241、242、243、244 ；將大徑線圈245及各小徑線圈241、242、243、244連接的連接線246、247、248、249。需要說明的是，一次諧振線圈240也與二次諧振線圈110同樣地由一根導線形成。因此，在與一次諧振線圈240之間進行電力的收發(fā)的一次電磁感應線圈230等可以設為一個，能夠?qū)崿F(xiàn)裝置的簡化。在圖11中，在從中心線02上的點觀察一次諧振線圈240的中心點的方向上，當觀察到一次諧振線圈240及一次電磁感應線圈230時，一次電磁感應線圈230以與大徑線圈245重合的方式形成。因此，能高效地進行一次諧振線圈240與一次電磁感應線圈230之間的電力的收發(fā)。在圖11中，大徑線圈245包括以中心線02為中心延伸的圓弧狀的圓弧部245a、245b、245c、245d，通過連接線 246、247、248、249，將圓弧部 245a、245b、245c、245d 與小徑線圈 241、242、243、244 連接。在該圖11所示的例子中，連接線246、247、248、249以跨過一次諧振線圈240的一部分的方式形成，并以朝向一次電磁感應線圈230鼓起的方式彎曲。一次電磁感應線圈230包括對應于連接線246、247、248、249的形狀而彎曲的彎曲部231、232、233、234，能抑制在一次電磁感應線圈230及一次諧振線圈240之間產(chǎn)生放電的情況。而且，通過將一次電磁感應線圈230與一次諧振線圈240之間的距離設為恒定，而能夠良好地使一次電磁感應線圈230產(chǎn)生電動勢，能實現(xiàn)一次電磁感應線圈230與一次諧振線圈240之間的電力的收發(fā)效率的提高。在圖12中，在電流沿著電流方向DlO流過大徑線圈245時，電流沿著電流方向DlU D12、D13、D14流過小徑線圈241、242、243、244。因此，通過大徑線圈245形成的磁場的方向與通過各小徑線圈241、242、243、244形成的磁場的方向一致。并且，通過使諧振頻率的電流流過一次諧振線圈240，而如圖13所示，在一次諧振線圈240的周圍形成鄰近場NF2。此外，圖13是示意性地表示在一次諧振線圈240的周圍形成的鄰近場的強度強的區(qū)域的示意圖。
如該圖13所示，鄰近場NF2包括:在大徑線圈245的周圍形成的單位鄰近場UNFlO ;在各小徑線圈241、242、243、244的周圍形成的單位鄰近場UNF11、UNF12、UNF13、UNF14。
在對搭載于車輛100的蓄電裝置150進行充電時，如圖14所示，二次諧振線圈110位于一次諧振線圈240的上方。
并且，諧振頻率的高頻電流流過一次諧振線圈240。并且，如圖13所示，在一次諧振線圈240的周圍形成鄰近場NF2。
圖15是在二次諧振線圈110與一次諧振線圈240沿著鉛垂方向排列的狀態(tài)下，表示二次諧振線圈110與鄰近場NF2的位置關(guān)系的俯視圖。
在該圖15所示的狀態(tài)下，二次諧振線圈110位于鄰近場NF2內(nèi)，從一次諧振線圈240向二次諧振線圈110良好地傳遞電力。
圖16是表示二次諧振線圈110從圖15所以示的二次諧振線圈110的位置發(fā)生了位置錯動的狀態(tài)的俯視圖。
在該圖16中，如圖15所示，二次諧振線圈110從正常的位置開始發(fā)生位置錯動。另一方面，在俯視時，二次諧振線圈Iio具備多個小徑線圈111、112、113、114，因此，二次諧振線圈110在多個位置處與鄰近場NF2交叉。因此，如該圖16所示，即使二次諧振線圈110發(fā)生位置錯動，也能從一次諧振線圈240向二次諧振線圈110傳遞電力，從而抑制電力的傳遞效率的減少。
而且，由于將多個小徑線圈111、112、113、114配置在大徑線圈115的內(nèi)偵彳，因此能抑制二次諧振線圈110自身的尺寸變大。
圖17是表示線圈單元101的第一變形例的立體圖，圖18是表示線圈單元201的第一變形例的立體圖。在圖17所示的例子中，連接線116、117、118、119形成為，以相對于二次諧振線圈110朝向二次電磁感應線圈120的相反側(cè)鼓起的方式彎曲，而跨過二次諧振線圈110的一部分。另一方面，在二次電磁感應線圈120中，如上述圖4等所示，未形成彎曲部121、122、123、124，而成為簡易的形狀。
同樣地，在圖18所示的例子中，連接線246、247、248、249也形成為，以相對于一次諧振線圈240朝向一次電磁感應線圈230的相反側(cè)鼓起的方式彎曲，而跨過一次諧振線圈240的一部分。并且，一次電磁感應線圈230未形成上述圖11所示的彎曲部231、232、233、234，而一次電磁感應線圈230的形狀成為簡易的形狀。圖19是示意性地表示二次諧振線圈110和車輛100的俯視圖。在該圖19所示的例子中，小徑線圈111及小徑線圈113沿著車輛的前后方向排列，小徑線圈112及小徑線圈114沿著車輛100的寬度方向排列。在圖20所示的例子中，設通過車輛100的寬度方向中央部且沿著車輛100的前后方向延伸的中心線為中心線03。小徑線圈111及小徑線圈112以隔著中心線03的方式沿著車輛100的寬度方向排列。而且，小徑線圈113及小徑線圈114也以隔著中心線03的方式沿著車輛100的寬度方向排列。需要說明的是，小徑線圈112及小徑線圈113沿著車輛100的前后方向排列，小徑線圈111及小徑線圈114也沿著車輛100的前后方向排列。如此，二次諧振線圈110的搭載姿態(tài)可以采用各種姿態(tài)。
需要說明的是，在上述圖1至圖20所示的例子中，說明了由一根導線形成二次諧振線圈Iio的例子，但如圖21所示，大徑線圈115、小徑線圈111、小徑線圈112、小徑線圈113、小徑線圈114也可以分別由不同的導線形成。此外，說明了將小徑線圈111、112、113、114設置四個的例子，但小徑線圈111、112、113、114的個數(shù)并不局限于四個。應考慮的是本次公開的實施方式全部的點是例示而并未受限制。本發(fā)明的范圍不是由上述的說明而由權(quán)利要求書公開，并包括與權(quán)利要求書均等的意思及范圍內(nèi)的全部的變更。工業(yè)上的可利用性本發(fā)明可以適用于線 圈單元、非接觸電力傳送裝置、車輛及非接觸電力供電系統(tǒng)。標號說明100 車輛，101、201 線圈單元，110 二次諧振線圈，111、112、113、114、241、242、243、244 小徑線圈，115、245 大徑線圈，115a、115b、115c、115d、245a、245b 圓弧部，116、117、118、119,246連接線，120,350 二次電磁感應線圈，121、122、123、124、231彎曲部，130整流器，140轉(zhuǎn)換器，150蓄電裝置，170電動機，200供電裝置，210交流電源，220高頻電力驅(qū)動器，230、320 —次電磁感應線圈，240、330 —次諧振線圈，310高頻電源，340 二次諧振線圈，360負載，200、01、02、03、04、010、011、012、013、014 電流方向，L 距離，NF1、NF2 鄰近場，01、
02、03 中心線，UNFO、UNFl、UNF2、UNF3、UNF4、UNFlO、UNFlI 單位鄰近場。
權(quán)利要求
1.一種線圈單元，包括第二自諧振線圈(110)，所述第二自諧振線圈(110)通過與隔開間隔配置的第一自諧振線圈(240)進行電磁諧振而在所述第二自諧振線圈(110)與第一自諧振線圈(240)之間進行電力的傳送和/或接收，其中， 所述第二自諧振線圈(110)包括第一線圈(115)和配置在所述第一線圈(115)的內(nèi)側(cè)的多個第二線圈(111、112、113、114)， 所述第一線圈(115)形成的磁場的方向與所述第二線圈(111、112、113、114)形成的磁場的方向為相同方向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線圈單元，其中， 所述第二線圈(111、112、113、114)相互隔開間隔而配置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線圈單元，其中， 所述第一線圈(115)及所述第二線圈(111、112、113、114)為單匝線圈。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線圈單元，其中， 所述第二自諧振線圈(110)由一根導線形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的 線圈單元，其中， 所述第二線圈(111、112、113、114)以與所述第一線圈(115)的內(nèi)周緣部內(nèi)切的方式配置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線圈單元，其中， 所述第二自諧振線圈(110)以中心線為中心而形成為環(huán)狀， 所述線圈單元還具備從所述第二自諧振線圈(110)沿著所述中心線延伸的方向隔開間隔配置的電磁感應線圈， 所述第二自諧振線圈(110)包括將所述第一線圈(115)與所述第二線圈(111、112、113、114)連接的連接線， 所述連接線形成為以向所述電磁感應線圈側(cè)鼓起的方式彎曲而跨過所述第二自諧振線圈(110)的一部分， 所述電磁感應線圈包括沿著所述連接線彎曲的彎曲部，從而所述電磁感應線圈與所述第二自諧振線圈(110 )之間的距離為恒定。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線圈單元，其中， 所述第二自諧振線圈(110)以中心線為中心而形成為環(huán)狀， 所述線圈單元還具備從所述第二自諧振線圈(110)沿著所述中心線延伸的方向隔開間隔配置的電磁感應線圈， 所述第二自諧振線圈(110)包括將所述第一線圈(115)與所述第二線圈(111、112、113、114)連接的連接線， 所述連接線形成為，相對于所述第二自諧振線圈(110)朝向與所述電磁感應線圈相反一側(cè)彎曲而跨過所述第二自諧振線圈(110)的一部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線圈單元，其中， 所述第二自諧振線圈(110)以中心線為中心而形成為環(huán)狀， 所述線圈單元還具備從所述第二自諧振線圈(110)沿著所述中心線延伸的方向隔開間隔配置的電磁感應線圈， 若沿所述中心線從上方的位置觀察所述第二自諧振線圈(110)和所述電磁感應線圈，則所述電磁感應線圈與所述第一線圈(115 )重合。
9.一種非接觸電力傳送裝置，具備權(quán)利要求1所述的線圈單元。
10.一種車輛，具備: 權(quán)利要求1所述的線圈單元； 蓄積電力的蓄電裝置。
11.一種非接觸電力供給系統(tǒng)，具備: 第一線圈(115)單兀,包括第一自諧振線圈(240)； 第二線圈(111、112、113、114)單元，包括第二自諧振線圈(110)，所述第二自諧振線圈(110)通過與所述第一自諧振線圈(240)之間的電磁諧振而進行電力的傳送和/或接收，所述非接觸電力供給系統(tǒng)中， 所述第一自諧振線圈(240)包括第一線圈(115)和設置在所述第一線圈(115)內(nèi)的多個第二線圈(111、112、113、114)， 所述第二自諧振線圈(110)包括第三線圈和設置在所述第三線圈內(nèi)的多個第四線圈， 所述第一線圈(115)與所述第二線圈(111、112、113、114)形成的磁場的方向為相同方向， 所述第三線圈與所述 第四線圈形成的磁場的方向為相同方向。
全文摘要
線圈單元(101)包括第二自諧振線圈(110)，該第二自諧振線圈(110)通過與隔開間隔配置的第一自諧振線圈進行電磁諧振而在與第一自諧振線圈之間進行電力的傳送和/或接收，其中，第二自諧振線圈(110)包括第一線圈(115)和配置在第一線圈(115)的內(nèi)側(cè)的多個第二線圈(111、112、113、114)，第一線圈(115)形成的磁場的方向與第二線圈(111、112、113、114)形成的磁場的方向為相同方向。
文檔編號H02J17/00GK103222019SQ20118005555
公開日2013年7月24日 申請日期2011年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月18日
發(fā)明者市川真士, 菊間信良 申請人:豐田自動車株式會社, 國立大學法人名古屋工業(yè)大學