電磁感應線圈單元以及電磁感應裝置的製作方法

2023-12-12 13:19:37 2

專利名稱：電磁感應線圈單元以及電磁感應裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及利用電磁感應原理的電磁感應裝置，尤其涉及應用於例如一般家庭、 餐廳以及工廠等中使用的感應加熱裝置、電子標籤以及非接觸型充電裝置等的電磁感應線圈單元。
背景技術：
近年來，以感應加熱烹調器為代表的感應加熱裝置在一般家庭中普及。在現有的感應加熱烹調器中使用的加熱線圈為了減輕趨膚效應、抑制加熱線圈的損耗，一般採用捻合數十根左右的細銅線而構成的絞合線(例如，參照專利文獻1)。另外，作為不使用絞合線的簡易低成本的線圈結構，研究了使用通過對金屬板進行衝壓而製成的平板線圈的結構 (例如，參照專利文獻2)。現有技術文獻專利文獻專利文獻1日本特開平9-M5949號公報專利文獻2日本特開2002-75613號公報

發明內容
發明所要解決的問題然而，如上所述，在現有的感應加熱烹調器中加熱線圈由絞合線構成的情況下，由於是通過捻合細的漆包線來製造的，因此，存在製造成本高的問題。另外，在平板線圈的情況下，雖然製造容易、成本低，但是由於與由絞合線構成的情況相比，線圈的損耗大，因此， 存在加熱線圈的發熱大，效率低的性能方面的問題。因此，在感應加熱烹調器中，將平板線圈用作為加熱線圈還沒有被實用化。本發明的目的在於，鑑於上述現有的電磁感應裝置中的問題，針對利用了電磁感應原理的電磁感應裝置中使用的電磁感應線圈，提供能夠減少線圈損耗、實現高電力傳送効率、並且降低製造成本且可靠性高的電磁感應線圈單元，同時提供使用該電磁感應線圈單元而能夠高效率地進行電力傳送、並且降低製造成本的電磁感應裝置。為了解決現有的電磁感應裝置中存在的問題而實現上述目的，本發明具有以下結構。本發明的第1方面的電磁感應線圈單元包括由螺旋狀的導體形成的線圈；分隔壁磁性體，該分隔壁磁性體由螺旋狀的磁性體形成，被配置為夾著所述線圈的螺旋狀的導體的至少一部分。這樣構成的本發明的第1方面的電磁感應線圈單元能夠減少線圈損耗， 實現高的電力傳送效率。在本發明的第2方面的電磁感應線圈單元中，可以將所述第1方面的所述分隔壁磁性體配置為夾著從所述線圈的中心軸側端部起預定長度的導體。這樣構成的本發明第2 方面的電磁感應線圈單元能夠減少線圈損耗，實現高的電力傳送效率。
本發明的第3方面的電磁感應線圈單元是在所述第1或第2方面中，設置有保持所述線圈的介電體。這樣構成的本發明第3方面的電磁感應線圈單元能夠提供易於製造的、可靠性高的電磁感應線圈單元，並且易於裝配至電磁感應裝置。本發明的第四方面的電磁感應線圈單元可以採用如下結構進一步具有被配置為覆蓋所述第1或第2方面中的所述線圈的外周的外周分隔壁磁性體。這樣構成的本發明第 4方面的磁感應線圈單元能夠提供防止磁場洩漏至外部、可靠性高的電磁感應線圈單元。在本發明的第5方面的磁感應線圈單元中，所述第1或第2方面中的所述分隔壁磁性體優選由相對磁導率為5以上1000以下的磁性體構成。這樣構成的本發明第5方面的電磁感應線圈單元能夠可靠地抑制由於鄰近效應導致的線圈電阻值的增大，實現高的電力傳送效率。在在本發明的第6方面的電磁感應線圈單元中，可以將所述第2方面的所述分隔壁磁性體配置為從所述線圈的中心側端部開始夾著所述線圈的總匝數的25%至75%的導體。這樣構成的本發明第6方面的電磁感應線圈單元能夠抑制由於鄰近效應導致的線圈電阻值的增大，實現高的電力傳送效率。本發明的第七方面的電磁感應線圈單元優選地採用如下結構在所述第1或第2 方面中，所述線圈的中心軸方向上的所述分隔壁磁性體的尺寸比所述線圈的中心軸方向的尺寸大，所述線圈的在所述中心軸方向上的相對的面配置在與所述分隔壁磁性體的在所述中心軸方向上相對的面相距1. 5mm以上的內側。這樣構成的本發明第7方面的電磁感應線圈單元能夠可靠地抑制由於鄰近效應導致的線圈電阻值的增大，實現高的電力傳送效率。本發明的第8方面的電磁感應線圈單元是所述第1或第2方面的所述分隔壁磁性體可以是多重構造，該多重構造具有在所述線圈的中心軸方向上貫通的空隙。這樣構成的本發明第8方面的電磁感應線圈單元能夠增強分隔壁磁性體的磁屏蔽効果。本發明的第9方面的電磁感應線圈單元是所述第1或第2方面的所述線圈可以是在所述線圈的中心軸方向上層疊的多層構造。這樣構成的本發明第9方面的電磁感應線圈單元具有高輸出，並且能實現高的電力傳送效率。本發明的第10方面的電磁感應線圈單元可以採用如下的結構在所述第1或第2 方面中，通過向所述線圈附加介電體而具有並聯電容。這樣構成的本發明第10方面的電磁感應線圈單元能夠防止與該電磁感應線圈單元連接的引線的損耗的影響。本發明的第11方面的電磁感應線圈單元可以採用如下的結構在所述第1或第2 方面中，在所述線圈的兩端連接有並聯電容。這樣構成的本發明第11方面的電磁感應線圈單元能夠防止與該電磁感應線圈單元連接的引線的損耗的影響。本發明的第12方面的電磁感應裝置具有所述第1至第11方面的電磁感應線圈單元、向所述電磁感應線圈單元的線圈供給高頻電力的逆變器電路、以及實現所述線圈和所述逆變器電路之間的匹配的匹配電路。這樣構成的本發明第12方面的電磁感應裝置成為了電力傳送效率高並且降低了製造成本的裝置。發明的效果根據本發明，能夠提供一種電磁感應線圈單元，該電磁感應線圈單元降低了線圈損耗、實現了高的電力傳送效率、降低了製造成本且可靠性高，並且還能夠提供一種電力傳送效率高並且降低了製造成本的電磁感應裝置。


圖1為示出本發明實施方式1的電磁感應裝置的概略結構的圖。圖2為示出本發明實施方式1的感應加熱裝置中使用的電磁感應線圈單元的結構的立體圖。圖3為示出本發明實施方式1的感應加熱裝置中使用的電磁感應線圈單元的結構的平面圖。圖4為本發明實施方式1的感應加熱裝置中使用的電磁感應線圈單元的截面圖。圖5為示出本發明實施方式1的感應加熱裝置中的分隔壁磁性體的相對磁導率、 線圈的電阻值(πιΩ)以及電力傳送效率(％ )之間的關係的曲線圖。圖6為示出本發明實施方式1的感應加熱裝置中的從分隔壁磁性體的中心起的匝數、線圈的電阻值(πιΩ)以及電力傳送效率(％ )之間的關係的曲線圖。圖7為示出本發明實施方式1的感應加熱裝置中的線圈與被加熱物的距離(mm)、 線圈的電阻值(πιΩ)以及電力傳送效率(％ )之間的關係的曲線圖。圖8為示出本發明實施方式1的感應加熱裝置中的與電磁感應線圈單元的線圈相連接的匹配電路的結構一例的電路圖。圖9為示出本發明實施方式1的匹配電路的另一結構例的電路圖。圖10為示出本發明實施方式1的匹配電路的另一結構的電路圖。圖11為示出本發明實施方式2的電磁感應裝置中的電磁感應線圈單元的結構的截面圖。圖12為示出安裝有具有本發明的電磁感應線圈單元的非接觸型充電裝置的車輛等的圖。
具體實施例方式以下，將參照附圖，對作為本發明的電磁感應線圈單元的實施方式將電磁感應線圈單元作為加熱線圈應用於感應加熱裝置的示例進行說明。本發明的電磁感應線圈單元並不限於以下的實施方式中所述的作為感應加熱裝置的加熱線圈而使用的結構，也可以用作為基於與以下實施方式中說明的技術思想同等的技術思想以及本技術領域中的技術常識而構成的電磁感應裝置的電磁感應線圈單元。(實施方式1)圖1為示出作為實施方式1的電磁感應裝置的感應加熱裝置的概略結構的圖，該電磁感應裝置使用本發明的電磁感應線圈單元。圖1中，實施方式1的感應加熱裝置包括 載置被加熱物105的頂板104、配置在頂板104的加熱區域的正下方的作為加熱線圈的電磁感應線圈單元100、向電磁感應線圈單元100供給高頻電力的逆變器電路107、使電磁感應線圈單元100和逆變器電路107的阻抗匹配的匹配電路112以及對逆變器電路107進行驅動控制的控制部108。另外，實施方式1的感應加熱裝置包括檢測從被加熱物105發出的紅外線而檢測該被加熱物105的溫度的溫度傳感器109、設置在頂板104上的操作部110 等一般的感應加熱裝置中設置的結構要素。控制部108根據來自溫度傳感器109的檢測信號、來自操作部110的操作信號以及逆變器電路107的輸出信號等對逆變器電路107進行驅動控制而向電磁感應線圈單元100供給高頻電流，將被加熱物105加熱到所期望的狀態。圖2為示出本發明實施方式1的感應加熱裝置中使用的電磁感應線圈單元100的結構的立體圖。圖2中所示的箭頭X、Y以及Z為示出圖2中的X軸、Y軸以及Z軸的3軸方向的坐標軸。圖3為示出電磁感應線圈單元100的結構的平面圖，示出了 X-Y軸面中的電磁感應線圈單元100。圖4為電磁感應線圈單元100等的Z軸方向的截面圖。電磁感應線圈單元100具有由實際上平面的螺旋狀的形狀的導體，例如銅材形成的線圈101。並且，對於線圈101，截面可以不是如圖4所示矩形的單線，截面可採用圓形、 橢圓形等各種形狀。另外，線圈101並不限於單線，可以為單線捻合而成的絞合線那樣的結構。線圈101被供給來自逆變器電路107的高頻電力，從而產生高頻的磁場。這樣，通過產生磁場的線圈101，隔著由電絕緣材料構成的頂板104對被加熱物105進行感應加熱。如圖4所示，在電磁感應線圈單元100中，除了線圈101外，還設置有分隔壁磁性體102、外周分隔壁磁性體103以及介電體106。分隔壁磁性體102為具有實質上平面的螺旋狀的形狀的磁性體(鐵素體)，被配置為插入到螺旋狀的線圈101的導體間。外周分隔壁磁性體103為被配置為覆蓋線圈101的周圍的磁性體(鐵素體)。通過設置外周分隔壁磁性體103，防止了磁場向線圈101的外部洩漏。介電體106由相對介電常數超過1的介電材料形成，並安裝在線圈101上。對於實施方式1的介電體106，雖然通過如圖4的截面圖所示安裝為覆蓋線圈101全體的示例進行了說明，但是介電體106沒有必要覆蓋線圈101全體，也可以是介電體106被安裝在線圈101的一部分上而能夠保持線圈101的形狀的結構。例如，也可以是載置在形成為螺旋狀的介電體106上的結構，或者由介電體106夾著線圈101的一部分的結構。對如上構成的本發明實施方式1的感應加熱裝置中的電磁感應線圈單元的動作進行說明。由於線圈101為螺旋狀的導體，當線圈101中流過電流時，在線圈101的中心軸附近產生磁場的集中。因此，在線圈101的中心軸附近，由於受到由線圈101產生的磁場分布的影響，出現鄰近效應。具體的，線圈101的導體截面(Z軸方向截面)的電流分布變為偏向中心軸側的形態，線圈101的電阻值增大。由於通過在線圈101的導體間插入分隔壁磁性體102，磁場集中在分隔壁磁性體102中，因此線圈101中流過的電流不受線圈101產生的磁場分布的影響。由此，能夠抑制鄰近效應，防止線圈101的電阻值增大。也就是說，分隔壁磁性體102起到磁屏蔽的作用。[分隔壁磁性體102的磁導率]接著，對分隔壁磁性體102的詳細情況進行說明。首先，對分隔壁磁性體102的磁導率進行說明。圖5為示出分隔壁磁性體102的相對磁導率、線圈101的電阻值[ΠΙΩ]以及電力傳送效率[%]之間的關係的曲線圖。圖5 所示的曲線圖是設線圈101的匝數為5時的計算結果。此時的計算中，在線圈101的全部區域(導體間區域)中插入了分隔壁磁性體102。在圖5所示的曲線圖中，電力傳送效率是傳遞到被加熱物105的電力相對於線圈 101的輸入電力的比例。在圖5所示的曲線圖中，分隔壁磁性體102的相對磁導率處的電力傳送效率用白色圓圈(〇)表示，分隔壁磁性體102的相對磁導率處的線圈101的電阻值用叉形符號(X)表示。如圖5的曲線圖所示，當使分隔壁磁性體102的相對磁導率從1開始提高時，鄰近效應由於分隔壁磁性體102而減輕，線圈101的電阻值減小，電力傳送效率提高。在相對磁導率100附近，電力傳送效率最大。然而，當相對磁導率超過100時，由於與被加熱物 105(例如鍋)的磁耦合變弱，電力傳送效率逐漸降低。為了確保電力傳送效率在90%以上， 分隔壁磁性體102的相對磁導率需要設定在5以上1000以下的範圍。[分隔壁磁性體102所應插入的區域]接著對分隔壁磁性體102所應插入的區域進行說明。如圖2及圖3所示，從線圈 101的中心軸端部側起，在外側的方向上以預定的長度沿著線圈101的內側插入分隔壁磁性體102。在圖2以及圖3所示的電磁感應線圈單元100的情況中，從線圈101的中心軸開始，在直至線圈101的匝數為3為止的導體間區域中插入分隔壁磁性體102。這時，分隔壁磁性體102為3匝的螺旋形狀。圖6為示出分隔壁磁性體102的從中心開始的匝數、線圈 101的電阻值[πιΩ]以及電力傳送效率[%]之間的關係的曲線圖。圖6所示的曲線圖是設線圈101的匝數為19時的實驗結果。圖6所示曲線圖中的電力傳送效率與圖5所示的電力傳送效率相同，是傳遞到被加熱物105的電力相對於線圈101的輸入電力的比例。圖6 中，分隔壁磁性體102的匝數處的電力傳送效率用白色圓圈(〇)表示，分隔壁磁性體102 的匝數處的線圈101的電阻值用叉形符號(X)表示。如圖6的曲線圖所示，在分隔壁磁性體102的匝數從零到10的區域中，隨著匝數的增加，線圈101的電阻值減小，電力傳送效率提高。在圖6所示的曲線圖中，在分隔壁磁性體102的匝數約為線圈101的匝數(19)的一半，即10的時候，電力傳送效率最大。然而， 當分隔壁磁性體102的匝數超過10時，與被加熱物105(例如鍋)的磁耦合變弱，電力傳送效率逐漸降低。從這個結果可知，分隔壁磁性體102最好從線圈101的中心軸開始插入到直至線圈101的匝數的4分之1(25%)至4分之3 (75%)的導體間區域中。特別地，更好分隔壁磁性體102從線圈101的中心軸起插入到直至線圈101的匝數一半的導體間區域的附近，即直至線圈101的匝數的40%至60%的區域。[分隔壁磁性體102的尺寸]接著，對分隔壁磁性體102的尺寸進行說明。圖7為示出線圈101與被加熱物105 的距離(mm)、線圈101的電阻值(πιΩ)以及電力傳送效率(％ )之間的關係的曲線圖。圖 7所示的曲線圖為設線圈101的匝數為5，將分隔壁磁性體102的正面(與頂板104相對的面)與被加熱物105之間的距離Ε(參照圖4)固定為4. 5mm，使線圈101的正面(與頂板 104相對的面)與被加熱物105之間的距離F變化(1 IOmm)時的計算結果。此時的計算中，在線圈101的全部區域中插入了分隔壁磁性體102。在圖7所示的曲線圖中，電力傳送效率是傳遞到被加熱物105的電力相對於線圈 101的輸入電力的比例。圖7中，線圈101與被加熱物105的距離處的電力傳送效率用白色圓圈(〇)表示，線圈101與被加熱物105的距離處的線圈101的電阻值用叉形符號(X)表不。如圖7的曲線圖所示，隨著線圈101與被加熱物105的距離變得短於10mm，相互的磁耦合增強，電力傳送效率提高。然而，當線圈101與被加熱物105的距離變得短於6mm 時，由分隔壁磁性體102的磁屏蔽產生的鄰近效應抑制効果逐漸消失，電力傳送效率變得惡化。因此，可以理解，為了通過分隔壁磁性體102來抑制鄰近效應，將分隔壁磁性體102 與被加熱物105的距離E(圖4參照)固定在4. 5mm，所以線圈101配置在與分隔壁磁性體 102的正面相距1. 5mm以上的內側為好。因此，如圖4所示，分隔壁磁性體102的厚度尺寸 A被設定為比線圈101的厚度尺寸D大。另外，將分隔壁磁性體102的正面(與頂板104相對的面)與線圈101的正面(與頂板104相對的面)的距離B設定為1. 5mm以上為好。可以理解，為了通過分隔壁磁性體102來抑制鄰近效應，對於分隔壁磁性體102的背面(與正面側相反的面)與線圈101的背面(與正面側相反的面)的距離C，同樣設置為1. 5mm以上為好。[分隔壁磁性體102的構造]接著，對分隔壁磁性體102的構造進行說明。分隔壁磁性體102的構造為，由鐵素體材料形成螺旋狀，從線圈101的中心軸端部側開始沿著線圈101的內側部分設置預定的匝數。如圖4所示，分隔壁磁性體102的厚度尺寸A(中心軸方向的長度)最好比線圈101 的厚度尺寸D (中心軸方向的長度)大，另外，分隔壁磁性體102靠近頂板104配置為好。 這樣，通過設置分隔壁磁性體102，鄰近效應的抑制効果增強，另外，由於縮短了與被加熱物 105的距離E，與被加熱物105的磁耦合變強，電力傳送效率提高。[線圈101的構造]對線圈101的構造進行說明。圖4中，最好使沒有插入分隔壁磁性體102的線圈 101的導體間距離G儘可能的短。由於線圈101的中心軸附近鄰近效應比較強，因此，插入分隔壁磁性體102來抑制鄰近效應。可是，由於沒有插入分隔壁磁性體102的外側區域的線圈101鄰近效應弱，可以使導體間距離G短些。另外，也可以採用增大未插入分隔壁磁性體102的外側區域的線圈101的導體截面積的結構。這樣，通過採用增大線圈101的外側區域的導體截面積的結構，線圈101的電阻值減小，電力傳送效率提高。在實施方式1的感應加熱裝置的電磁感應線圈單元100中，通過分隔壁磁性體102 使磁場變稀薄，因此，線圈101的側面上流動的電流變得非常小。其結果是，線圈101中流動的電流集中在線圈101的正面和背面而流動，能夠發揮高的電力傳送效率。關於實施方式1的感應加熱裝置的電磁感應線圈單元100的線圈101，雖然通過如圖2至圖4所示的導體截面為矩形狀的單線的示例進行了說明，但是本發明並不限於這樣的形狀，也可以包括圓形、橢圓形等的任意的導體截面形狀。另外，本發明的電磁感應線圈單元的線圈不限於單線，也可以是多個單線捻合而成的絞合線那樣的捻線構造。進一步的，本發明的電磁感應線圈單元的線圈的匝數不限於實施方式1中說明的匝數，可以根據利用電磁感應線圈單元的裝置的規格等適當地設定。並且，雖然對實施方式 1的線圈101的形狀為圓形的情況進行了說明，但是本發明的線圈的形狀不限於圓形的線圈，也可以包括四邊形、三角形等的多邊形。如上所述，對於本發明的電磁感應線圈單元的線圈101不需要對形狀及構造等進行限定的原因是，通過在線圈101的導體間插入分隔壁磁性體，抑制了線圈中的鄰近效應。另外，向線圈101輸入的電流的頻率不影響分隔壁磁性體102對鄰近效應的抑制。 這是由於鄰近效應取決於導體間的距離，而不取決於頻率。但是，一般地，由於頻率越高損耗越大，因此希望磁性體在沒有損耗影響的範圍的頻率下使用。
接著，對實施方式1的線圈101的阻抗進行說明。由於線圈101的匝數少等的原因，在線圈101的阻抗的實部非常小的情況下，連接線圈101與逆變器電路107間的引線、 連接引線與線圈101的端子的接觸電阻、以及連接引線與逆變器電路的端子的接觸電阻等的影響變大，電力傳送效率惡化。這是由於從逆變器電路107輸出的高頻電力輸入至線圈 101的比例降低。當線圈101的阻抗與逆變器電路107的輸出阻抗匹配時，能夠供給至線圈 101的電力最大。因此，需要使線圈101的阻抗增大至與逆變器電路107的輸出阻抗的實部相同的程度。圖8為示出實施方式1的感應加熱裝置的電磁感應線圈單元100的線圈101與逆變器電路107間插入的匹配電路112的結構一例的電路圖。該匹配電路112為頻率設為 23kHz，線圈101的阻抗ZL設為0. 3+jl. 5 Ω，逆變器電路107的輸出阻抗設為1 Ω的情況下的示例。將具有2. 2μ F的並聯電容Cp的匹配電路112與線圈101連接。由此，阻抗變換為1+」2.7Ω。之後，將2. 6μ F的串聯電容Cs插入到匹配電路112與逆變器電路107之間。由此，能夠實現線圈101與逆變器電路107間的匹配。通過將並聯電容Cp的匹配電路 112連接至線圈101，使得線圈101的阻抗實部沒有損失而變大，由此，能夠防止引線111的影響。圖9以及圖10為示出匹配電路的另一結構例的電路圖。如圖9所示的匹配電路 112Α那樣，也可以將串聯電容Cs插入到引線111與並聯電容Cp之間。另外，如圖10所示的匹配電路112Β那樣，也可以將串聯電容Cs插入到線圈101與並聯電容Cp之間。並且，如圖4所示、在電磁感應線圈單元100中，由於在線圈101中安裝了介電體 106，所以能夠實現有意地增加線圈101的導體間產生的寄生電容的結構，能夠在電磁感應線圈單元100的結構的內部附加並聯電容。結果，能夠削減作為匹配電路的部件數。如上所述，在實施方式1的電磁感應裝置的電磁感應線圈單元100中，通過將插入到線圈101中的分隔壁磁性體102的磁導率、尺寸、插入區域等各參數設定為最合適的值， 能夠有效地抑制鄰近效應，減少線圈損耗，實現高的電力傳送效率。另外，由於實施方式1 的電磁感應裝置的電磁感應線圈單元100能夠實現高的電力傳送效率，因為能夠實現線圈結構的簡化，並能夠實現製造成本的進一步降低。結果，實施方式1的電磁感應裝置成為抑制了製造成本、具有高的電力傳送效率的可靠性高的裝置。(實施方式2)接著，參照附圖11對使用本發明的電磁感應線圈單元的實施方式2的電磁感應裝置進行說明。圖11為示出本發明實施方式2的電磁感應裝置中的電磁感應線圈單元100Α 的結構的截面圖。對於實施方式2的電磁感應裝置，與前述的實施方式1的感應加熱裝置的不同點為電磁感應線圈單元100Α的結構，其他方面與實施方式1的感應加熱裝置相同。因此，在實施方式2的說明中，對於具有與前述的實施方式1相同的功能、結構的部分標註了相同的標號，其說明適用實施方式1中的說明。在實施方式2的電磁感應線圈單元100Α中，與實施方式1的電磁感應線圈單元 100同樣地設置有線圈101Α、分隔壁磁性體102Α、外周分隔壁磁性體103以及介電體106。 在實施方式2的電磁感應線圈單元100Α中，只有線圈IOlA以及分隔壁磁性體102Α的結構不同，其他的結構相同。[分隔壁磁性體102A的構造]對實施方式2的分隔壁磁性體102A的構造進行說明。如圖11所示，實質上平面的螺旋狀的線圈IOlA是在上下方向(線圈IOlA的中心軸方向)上層疊了多個線圈狀體的多層構造。分隔壁磁性體102A由實質上平面的螺旋狀的磁性體層疊多個而構成，在各磁性體之間有空隙。即，實施方式2的分隔壁磁性體102A具有螺旋狀的磁性體重疊而成的多重構造，與前述的實施方式1同樣地插入在線圈IOlA的導體間。實施方式2的電磁感應線圈單元100A中的分隔壁磁性體102A的磁導率、線圈IOlA 的匝數、以及分隔壁磁性體102A與線圈IOlA的位置關係與前述的實施方式1的感應加熱裝置中的電磁感應線圈單元100相同。並且，雖然在圖11所示的電磁感應線圈單元100A中示出了線圈IOlA為2層構造、 分隔壁磁性體102A為3重構造的示例，但是本發明並不限於該結構，可以根據感應加熱裝置的規格等適當地設定。因此，在以下的說明中，設線圈IOlA為2層以上的多層構造，分隔壁磁性體102A為2重以上的多重構造。如圖11所示，分隔壁磁性體102A為具有在線圈IOlA的中心軸方向上貫通的空隙的多重構造。由此，通過使分隔壁磁性體102A成為具有空隙的多重構造，使得磁屏蔽効果增強，鄰近效應的抑制效果增強。作為設線圈IOlA的匝數為5而進行計算的結果，通過加入空隙，線圈IOlA的電阻值大幅減小，電力傳送效率提高。另外，由於實施方式2的線圈IOlA為多層構造，在線圈IOlA的截面內部流動的電流由於趨膚效應而變得非常小。由於分隔壁磁性體102A使磁場變得稀薄，在線圈IOlA的側面流動的電流變得非常小。結果，線圈IOlA中流動的電流集中在線圈IOlA的正面和背面而流動。由於線圈IOlA為多層構造，電流集中在最上層的正面(圖11中最上層的上側面)和最下層的背面(圖11中最下層的下側面)流動。因此，即使如實施方式2的線圈 IOlA那樣成為多層構造，電力傳送效率也幾乎沒有變化。並且，在實施方式2的感應加熱裝置的電磁感應線圈單元100A中，關於在線圈 IOlA的導體間插入的分隔壁磁性體102A的磁導率、尺寸以及插入區域等各條件，適用與在前述的實施方式1中說明的條件相同的條件。因此，在實施方式2的感應加熱裝置的電磁感應線圈單元100A中，通過將插入到線圈IOlA中的分隔壁磁性體102A的磁導率、尺寸、插入區域等各種參數設定為最合適的值，能夠有效地抑制鄰近效應，減少線圈損耗，實現高的電力傳送效率。另外，由於實施方式2的電磁感應裝置的電磁感應線圈單元100A能夠實現高的電力傳送效率，所以能實現線圈結構的簡化，並實現製造成本的降低。結果，實施方式 2的電磁感應裝置成為抑制了製造成本、具有高的電力傳送效率且可靠性高的裝置。並且，本發明的電磁感應裝置的電磁感應線圈單元能夠適用於非接觸型充電裝置。例如在用於電動汽車(EV)的二次電池充電的非接觸型充電裝置中，使用了電磁感應裝置，該電磁感應裝置可使用前述的實施方式中說明的電磁感應線圈單元。圖12為示出安裝有具有本發明的電磁感應線圈單元的非接觸型充電裝置的車輛200以及停車場的圖。圖12 所示的車輛200為電動汽車(EV)，示出了在停車場中停車的狀態。如圖12所示，車輛200 的本體下部設置有第1電磁感應線圈單元100B，在車輛200停車的停車場的停車區域中設置有第2電磁感應線圈單元100C。第2電磁感應線圈單元100C從停車面上突出設置，以與車輛200的第1電磁感應線圈單元100B接近配置。並且，第2電磁感應線圈單元100C也可採用如下結構在車輛200停在預定的停車區域而變為可充電狀態時升起，移動至與第1 電磁感應線圈單元100B接近的位置。圖12中，設置在車輛200以及停車區域的電磁感應線圈單元(100B，100C)為與前述實施方式1或實施方式2中分別說明的電磁感應線圈單元相同的結構。也可以是在圖12 所示的兩個電磁感應線圈單元(100B，100C)中，至少一方為與前述的實施方式1或實施方式2中分別說明的電磁感應線圈單元相同的結構。如上所述，通過在非接觸型充電裝置中應用本發明的電磁感應裝置的電磁感應線圈單元，並將插入到線圈中的分隔壁磁性體的磁導率、尺寸、插入區域等各參數設為最合適的值，能夠有效地抑制鄰近效應，減少線圈損耗，實現高的電力傳送效率。產業上的利用可能性本發明的電磁感應線圈單元不限於在一般家庭、餐廳或者工廠等中使用的感應加熱裝置，還可應用於電子標籤、非接觸型充電裝置等應用電磁感應原理的任何電磁感應裝置。標號說明101 線圈102分隔壁磁性體103外周分隔壁磁性體104 頂板105被加熱物106介電體
權利要求
1.一種電磁感應線圈單元，其包括由螺旋狀導體形成的線圈；以及分隔壁磁性體，其由螺旋狀的磁性體形成，被配置為夾著所述線圈的螺旋狀導體的至少一部分。
2.根據權利要求1所述的電磁感應線圈單元，其中，所述分隔壁磁性體被配置為從所述線圈的中心軸側端部開始夾著預定長度的導體。
3.根據權利要求1或2所述的電磁感應線圈單元，其中，該電磁感應線圈單元設有保持所述線圈的介電體。
4.根據權利要求1或2所述的電磁感應線圈單元，其中，該電磁感應線圈單元進一步包括被配置為覆蓋所述線圈的外周的外周分隔壁磁性體。
5.根據權利要求1或2所述的電磁感應線圈單元，其中，所述分隔壁磁性體由相對磁導率為5以上1000以下的磁性體構成。
6.根據權利要求2所述的電磁感應線圈單元，其中，所述分隔壁磁性體被配置為從所述線圈的中心側端部開始夾著所述線圈的總匝數的25%至75%的導體。
7.根據權利要求1或2所述的電磁感應線圈單元，其中，所述分隔壁磁性體在所述線圈的中心軸方向上的尺寸比所述線圈的中心軸方向上的尺寸大，所述線圈的在所述中心軸方向上相對的面配置在與所述分隔壁磁性體的在所述中心軸方向上相對的面相距1. 5mm以上的內側。
8.根據權利要求1或2所述的電磁感應線圈單元，其中，所述分隔壁磁性體具有多重構造，該多重構造具有在所述線圈的中心軸方向上貫通的空隙。
9.根據權利要求1或2所述的電磁感應線圈單元，其中，所述線圈具有在所述線圈的中心軸方向上層疊的多層構造。
10.根據權利要求1或2所述的電磁感應線圈單元，其中，該電磁感應線圈單元是如下結構向所述線圈附加介電體而具有並聯電容。
11.根據權利要求1或2所述的電磁感應線圈單元，其中，該電磁感應線圈單元具有在所述線圈的兩端連接有並聯電容的結構。
12.—種電磁感應裝置，其包括權利要求1至11中任意一項所述的電磁感應線圈單元；向所述電磁感應線圈單元的線圈供給高頻電力的逆變器電路；以及實現所述線圈與所述逆變器電路之間的匹配的匹配電路。
全文摘要
為了提供降低線圈損耗、實現高的電力傳送效率、並降低製造成本的電磁感應線圈單元以及電磁感應裝置，具有由螺旋狀的導體形成的線圈(101)、以及由螺旋狀的磁性體形成的、被配置為夾著線圈(101)的螺旋狀導體的至少一部分的分隔壁磁性體(102)。
文檔編號H05B6/12GK102483981SQ20108003778
公開日2012年5月30日 申請日期2010年9月8日 優先權日2009年9月11日
發明者宮下功寬, 藤田篤志 申請人:松下電器產業株式會社