線圈、電力接收裝置、以及電力發(fā)送裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及線圈、電力接收裝置、以及電力發(fā)送裝置。在一個實施例中，線圈包括磁芯和繞線。磁芯包括設置有槽或開口的至少一個塊。各個塊被布置為使得槽或開口沿磁通方向延伸。線圈被用作電力發(fā)送線圈或電力接收線圈。
【專利說明】線圈、電力接收裝置、以及電力發(fā)送裝置
【技術領域】
[0001]本文描述的實施例總體涉及線圈、電力接收裝置和電力發(fā)送裝置。
【背景技術】
[0002]近年來，配置為通過在電力發(fā)送電感器和電力接收電感器之間的互感以非接觸方式來無線地傳送電力的無線電力傳送系統(tǒng)已經在很多設備中被采用。為了減少在無線電力傳送系統(tǒng)中使用的電力發(fā)送線圈的重量，已知一種由按一定間隔布置的棒狀鐵氧體磁芯來結構線圈的技術。
[0003]然而，在使用細長的棒狀鐵氧體磁芯的情況下，存在如下問題:需要用于單個地固定鐵氧體磁芯的框架等，且難以固定鐵氧體磁芯。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明目的在于提供一種減輕了重量、且方便了芯的固定的線圈，以及使用了該線圈的電力接收裝置和電力發(fā)送裝置。
[0005]根據本實施方式，線圈包括磁芯和繞線，所述磁芯包括至少一個設置有槽或開口的塊。各個塊被布置為使得槽或開口沿磁束的方向延伸。
[0006]根據本實施方式，能夠減小線圈的重量，方便鐵氧體的固定，且防止特性的劣化。【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1是根據第一實施例的無線電力傳送系統(tǒng)的框圖。
[0008]圖2是示出電容器的例子的圖示。
[0009]圖3A和3B是根據第一實施例的線圈的示意圖。
[0010]圖4A和4B是根據第一實施例的磁芯塊的示意圖。
[0011]圖5是示出相對磁導率和電感值之間關系的曲線圖。
[0012]圖6是示出相對磁導率和耦合系數之間關系的曲線圖。
[0013]圖7是示出線圈的例子的側視圖。
[0014]圖8是示出線圈的例子的側視圖。
[0015]圖9是示出線圈的例子的側視圖。
[0016]圖10是示出線圈的例子的側視圖。
[0017]圖11是示出鐵氧體填充率和相對磁導率之間關系的曲線圖。
[0018]圖12是示出鐵氧體填充率和電感值之間關系的曲線圖。
[0019]圖13是示出鐵氧體填充率和耦合系數之間關系的曲線圖。
[0020]圖14A到14E是根據變形例的磁芯塊的示意圖。
[0021]圖15是根據變形例的磁芯塊的不意圖。
[0022]圖16A和16B是根據變形例的磁芯塊的示意圖。
[0023]圖17A和17B是根據變形例的磁芯塊的不意圖。[0024]圖18A和18B是根據變形例的磁芯塊的不意圖。
[0025]圖19是根據第二實施例的線圈的示意圖。
[0026]圖20是根據變形例的線圈的示意圖。
[0027]圖21是根據變形例的線圈的示意圖。
[0028]圖22是根據變形例的線圈的示意圖。
[0029]圖23A和23B是根據變形例的磁芯塊的示意圖。
[0030]圖24A和24B是根據變形例的磁芯塊的示意圖。
[0031]圖25A和25B是根據變形例的磁芯塊的不意圖。
[0032]圖26A和26B是根據變形例的磁芯塊的示意圖。
[0033]圖27A和27B是根據變形例的磁芯塊的不意圖。
[0034]圖28A和28B是根據變形例的線圈的示意圖。
[0035]圖29A和29B是根據變形例的線圈的示意圖。
[0036]圖30是根據變形例的線圈的示意圖。
【具體實施方式】
[0037]在一個實施例中，線圈包括磁芯和繞線。磁芯包括至少一個設置有槽或開口的塊。各個塊被布置為使得槽或開口沿磁束的方向延伸。
[0038]以下，將會參照附圖對實施例進行說明。
[0039](第一實施例)
[0040]圖1示出了根據本發(fā)明的第一實施例的無線電力傳送系統(tǒng)的塊結構。無線電力傳送系統(tǒng)包括電力發(fā)送裝置1，和被從電力發(fā)送裝置I無線地發(fā)送電力的電力接收裝置2，并且電力接收裝置2將發(fā)送來的電力供給至電氣設備的負載28。電力接收裝置2可以設置于電氣設備內，也可以設置為與電氣設備一體，還可以固定于電氣設備主體的外部。例如，電氣設備是移動終端或者電動汽車，而負載28是可充電電池。
[0041]電力發(fā)送裝置I包括配置為執(zhí)行從商用電源到用于電力傳送的射頻(RF)的轉換的電源單元11，配置為控制需要的電量和控制電力發(fā)送裝置I的各單元的控制單元12，傳感器13，通信單元14以及電力發(fā)送線圈15。例如，傳感器13包括如下用于在電力發(fā)送裝置I和電力接收裝置2之間的無線電力傳送的傳感器中的至少之一:如配置為監(jiān)視電力發(fā)送裝置I的發(fā)熱的溫度傳感器，配置為監(jiān)視進入電力發(fā)送線圈15和將在下面描述的電力接收線圈21之間的異物的熱量的溫度傳感器，配置為通過電磁波雷達或超聲波雷達來監(jiān)視異物的傳感器，用于檢測電力接收線圈21的位置的諸如射頻識別(RFID)等的傳感器，以及用于檢測發(fā)送的電力的電流表或電壓表。通信單元14能夠與將在下面描述的電力接收裝置2的通信單元27進行通信，并接收電力接收裝置2的電力接收狀態(tài)，或發(fā)送電力發(fā)送裝置I的電力發(fā)送狀態(tài)。
[0042]電力接收裝置2包括:通過與電力發(fā)送裝置I的電力發(fā)送線圈15的互感接收電力的電力接收線圈21，連接到電力接收線圈21的電容器22，將通過電容器22接收的交流(AC)電力轉換為直流(DC)電力的整流器23，基于負載28的工作電壓來改變電壓轉換比的直流-直流(DC-DC)轉換器24，控制電力接收裝置2的各個單元的控制單元25，傳感器26，以及通信單元27。當在電力發(fā)送裝置I側控制接收的電力時，可以不提供直流-直流轉換器24。
[0043]電容器22可以與電力接收線圈21串聯連接，或可以與之并聯連接。此外，如圖2中所示，電容器22可以被配置為包括與電力接收線圈21并聯連接的電容器元件和與之串聯連接的電容器元件。
[0044]例如，傳感器26包括如下用于在電力發(fā)送裝置I和電力接收裝置2之間的無線電力傳送的傳感器的至少之一:如配置為監(jiān)視電力接收裝置2的發(fā)熱的溫度傳感器，配置為監(jiān)視進入電力接收線圈21和電力發(fā)送線圈15之間的異物的熱量的溫度傳感器，配置為通過電磁波雷達或超聲波雷達來監(jiān)視異物的傳感器，用于檢測電力發(fā)送線圈15的位置的諸如射頻識別(RFID)等的傳感器，以及用于檢測接收的電力的電流表或電壓表。通信單元27能夠與電力發(fā)送裝置I的通信單元14進行通信，并發(fā)送電力接收裝置2的電力接收狀態(tài)，或接收電力發(fā)送裝置I的電力發(fā)送狀態(tài)。
[0045]控制單元25基于通過通信單元27和電力發(fā)送裝置I之間的通信獲取的信息以及傳感器26的檢測結果來控制接收的電力(向負載28供給的電力)。
[0046]圖3A是根據第一實施例的線圈100的俯視圖。此外，圖3B是當從圖3A的箭頭方向觀察的線圈100的側視圖。線圈100被用作圖1所示的電力發(fā)送線圈15和電力接收線圈21。
[0047]如圖3A和3B中所示，線圈100是包括磁芯102和纏繞于磁芯102的線圈繞線部分104的電磁線圈(solenoid coil)。作為線圈繞線部分104,可以使用例如銅線。磁芯102包括布置在同一平面的多個磁芯塊110 (以下簡稱塊110)。
[0048]圖4A是塊110的俯視圖，圖4B是沿圖4A的線A-A截取的縱截面圖。如圖4A和4B中所示，塊110設置有相互平行的多個線狀槽(凹槽)112。作為塊110的材料，使用例如
鐵氧體。
[0049]如圖3A中所示，塊110被布置為槽112沿著由于使得電流流過線圈100而產生的磁通方向(圖3A中的縱向)延伸。以此方式布置塊110的效果將在下面描述。
[0050]首先，將對具有布置有未設置槽的平面鐵氧體塊的磁芯(未設置槽的磁芯)的線圈的特性進行描述。圖5示出了無槽的磁芯的相對磁導率和線圈的電感值之間的關系。此夕卜，圖6示出了無槽的磁芯的相對磁導率和線圈間的耦合系數之間的關系。根據圖5和6可見，在相對磁導率小于1000的范圍內，隨著相對磁導率的增大，電感值和耦合系數顯著增加。另一方面，在相對磁導率1000或以上的范圍內，隨著相對磁導率的增大，電感值和耦合系數的變化較小。即，在相對磁導率1000或以上的范圍內，即使當相對磁導率減小時，也能夠維持線圈的特性。
[0051]接下來，將描述磁芯的結構和線圈的電感值之間的關系。圖7是包括具有相對磁導率μ r的無槽的磁芯210、和纏繞無槽的磁芯210的線圈繞線部分220的線圈(電磁線圈)的側視圖。磁通方向是圖7中從左到右的方向，且電感值被設為L0。此外，無槽的磁芯210的磁通方向的長度被設為dl，且在垂直于磁通方向的方向上的長度被設為d2。
[0052]如圖8中所示，當在垂直于磁芯210的磁通方向的方向上的長度被設為d2/2的磁芯210a和有與磁芯210a相同尺寸的具有相對磁導率I的芯211被堆疊(布置)在垂直于磁通方向的方向上時，線圈的合成電感值Lt以下面的等式I表示。此外，LI是基于磁芯210a的電感值，且L2是基于芯211的電感值。具有相對磁導率I的芯211是例如空氣層。[0053](等式I)
【權利要求】
1.一種線圈，包括磁芯和繞線， 其中所述磁芯包括設置有槽或開口的至少一個塊，并且 各個塊被布置為使得所述槽或開口沿磁通方向延伸。
2.根據權利要求1所述的線圈，其中各個塊設置有多個槽或開口。
3.根據權利要求1所述的線圈， 其中所述繞線纏繞于所述磁芯，并且 各個塊的形狀是矩形，并且所述槽或開口被設置為平行于所述矩形的一邊。
4.根據權利要求1所述的線圈， 其中所述繞線被布置在所述磁芯的一面上， 所述磁芯包括形成矩形形狀的第一塊和第二塊， 所述第一塊的所述槽或開口被設置為平行于所述矩形的一邊，并且 所述第二塊的所述槽或開口被設置為傾斜于所述矩形的一邊。
5.根據權利要求4所述的線圈，其中所述磁芯還包括未設置有槽和開口的第三塊。
6.根據權利要求4所述的線圈，其中所述磁芯還包括設置有矩形的槽或開口的第四 塊。
7.根據權利要求4所述的線圈，其中所述磁芯具有所述槽或開口的尺寸不同的所述第一塊和所述第二塊。
8.根據權利要求1所述的線圈，其中所述塊的形狀是正三角形、正方形、正六邊形或正八邊形。
9.根據權利要求1所述的線圈，還包括導體板。
10.一種電力接收裝置，包括: 電力接收線圈，通過互感從電力發(fā)送裝置無線地接收電力； 電容器，連接到所述電力接收線圈； 整流器，經由所述電容器將所接收的交流(AC)電力轉換為直流(DC)電力； 通信單元，將電力發(fā)送狀態(tài)或電力接收狀態(tài)與所述電力發(fā)送裝置進行通信； 傳感器，執(zhí)行接收電力的檢測、異物檢測和溫度檢測的至少其中之一；以及控制單元，基于所述通信單元的接收的信息或所述傳感器的檢測結果，來控制接收的電力， 其中所述電力接收線圈包括磁芯和繞線， 所述磁芯包括設置有槽或開口的至少一個塊，并且 所述多個塊被布置為使得所述槽或開口沿磁通方向延伸。
11.根據權利要求10所述的電力接收裝置，其中各個塊設置有多個槽或開口。
12.根據權利要求10所述的電力接收裝置， 其中所述繞線纏繞于所述磁芯，并且 各個塊的形狀是矩形，并且所述槽或開口被設置為平行于所述矩形的一邊。
13.根據權利要求10所述的電力接收裝置， 其中所述繞線被布置在所述磁芯的一個面上， 所述磁芯包括形成矩形形狀的第一塊和第二塊， 所述第一塊的所述槽或開口設置為平行于所述矩形的一邊，并且所述第二塊的所述槽或開口設置為傾斜于所述矩形的一邊。
14.根據權利要求13所述的電力接收裝置，其中所述磁芯還包括未設置有所述槽和開口的第三塊。
15.根據權利要求13所述的電力接收裝置，其中所述磁芯還包括設置有矩形的槽或開口的第四塊。
16.一種電力發(fā)送裝置，包括: 電源單元，供給高頻電力； 電力發(fā)送線圈，通過互感將來自所述電源單元的電力無線地發(fā)送到電力接收裝置； 通信單元，將電力發(fā)送狀態(tài)或電力接收狀態(tài)與所述電力接收裝置進行通信； 傳感器，執(zhí)行發(fā)送電力的檢測、異物檢測和溫度檢測的至少其中之一；以及 控制單元，基于所述通信單元的接收的信息或所述傳感器的檢測結果，來控制發(fā)送電力， 其中所述電力發(fā)送線圈包括磁芯和繞線， 所述磁芯包括設置有槽或開口的至少一個塊，并且 各個塊被布置為使得所述槽或開口沿磁通方向延伸。
17.根據權利要求16所述的電力發(fā)送裝置， 其中所述繞線纏繞于所述磁芯，并且 各個塊的形狀是矩形，并且所述槽或開口被設置為平行于所述矩形的一邊。
18.根據權利要求16所述的電力發(fā)送裝置， 其中所述繞線被布置在所述磁芯的一個面上， 所述磁芯包括形成矩形形狀的第一塊和第二塊， 所述第一塊的所述槽或開口設置為平行于所述矩形的一邊，并且 所述第二塊的所述槽或開口設置為傾斜于所述矩形的一邊。
19.根據權利要求18所述的電力發(fā)送裝置，其中所述磁芯還包括未設置有所述槽和開口的第三塊。
20.根據權利要求18所述的電力發(fā)送裝置，其中所述磁芯還包括設置有矩形的槽或開口的第四塊。
【文檔編號】H02J17/00GK104037949SQ201410061225
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年2月24日 優(yōu)先權日:2013年3月6日
【發(fā)明者】小川健一郎, 司城徹, 山田亞希子, 尾林秀一, 莊木裕樹 申請人:株式會社東芝