受電裝置和送電裝置的製作方法

2023-10-11 02:26:39 1

本發明涉及包括線圈、鐵氧體和濾波線圈的受電裝置和送電裝置。

背景技術：

一直以來針對以非接觸的方式從送電裝置向受電裝置輸送電力的非接觸充電系統提出了各種方案(日本特開2013-154815號公報、日本特開2013-146154號公報、日本特開2013-146148號公報、日本特開2013-110822號公報、日本特開2013-126327號公報)。

在日本特開2008-120239號公報中，存在關於包括線圈和E型芯的線圈單元的記載。E型芯在從上方俯視時形成為長方形形狀，並包括形成於兩邊部的凸部和形成於中央部的中央凸部。

該E型芯通過層疊多個區段芯而形成，區段芯彼此被配置成彼此接觸。並且，線圈被安裝在E型芯的中央凸部。

技術實現要素：

送電裝置包括上述的線圈單元，該線圈單元大多連接有變頻器等。另外，受電裝置包括上述的線圈單元、以及整流器，所述整流器將線圈單元所接受的交流電力轉換成直流電力並向電池等直流負載供給。

送電裝置的變頻器和/或受電裝置的整流器包括多個開關元件，有時會因開關而產生噪聲(noise)。為了抑制噪聲從線圈單元的線圈向外部輻射，在線圈與變頻器之間和/或線圈與整流器之間配置有濾波器。濾波器通常包括電感器芯和卷繞在該濾波器芯上的濾波線圈。

若將這樣的濾波器收納於受電裝置和/或送電裝置內，則會產生受電裝置和送電裝置的體積變大這一問題。

本發明是鑑於上述問題而做出的，其目的在於提供一種即使安裝濾波器也能夠抑制裝置的大型化的受電裝置和送電裝置。

本發明的受電裝置在一個方面是如下受電裝置，該受電裝置在與設置於外部的送電裝置相對配置的狀態下以非接觸的方式從送電裝置接受電力。該受電裝置具備：受電線圈，其形成為圍繞第1卷繞軸的周圍，且形成有開口部，所述第1卷繞軸沿著從與送電裝置相對的受電裝置朝向送電裝置的受電方向延伸；濾波線圈，其被設置於受電線圈的內側，並且形成為圍繞沿著所述受電方向延伸的第2卷繞軸的周圍；以及配置受電線圈和濾波線圈的鐵氧體。上述鐵氧體包括與送電裝置相對的相對面和位於相對面的相反側的背面。上述鐵氧體包括：環狀的線圈臺，在其相對面側配置受電線圈；和突出部，其從線圈臺中的位於比受電線圈靠內側的位置的部分朝向受電方向突出。在上述鐵氧體的背面，由突出部和線圈臺形成中空部。上述受電線圈設置於突出部的外周面側，濾波線圈沿著中空部的內周面設置。

根據上述受電裝置，能夠將鐵氧體裝入濾波線圈的磁路，並且即使將濾波線圈安裝於受電裝置內，也能抑制受電裝置的大型化。另外，由於濾波線圈收納於在鐵氧體的背面形成的中空部內，受電線圈配置於鐵氧體的相對面側，因此可抑制濾波線圈與受電線圈磁耦合。而且，由於濾波線圈配置成沿著中空部的內周面延伸，因此能夠在濾波線圈的中空部配置各種設備。

優選的是，受電裝置還具備電感器芯，所述電感器芯設置於中空部內，且沿著中空部的內周面延伸。上述電感器芯與線圈臺和突出部磁性連接，上述濾波線圈設置於電感器芯的外周面。

根據上述受電裝置，能夠謀求由濾波線圈產生的磁通所通過的磁路徑的低阻抗化，並且能夠減少濾波線圈的匝數。

本發明的送電裝置在一方面是如下送電裝置，該送電裝置在與設置於外部的受電裝置相對配置的狀態下以非接觸的方式向受電裝置輸送電力。送電裝置具備：中空的送電線圈，其形成為圍繞第1卷繞軸的周圍，所述 第1卷繞軸沿著從與受電裝置相對的送電裝置朝向受電裝置的送電方向延伸；濾波線圈，其設置於送電線圈的內側，並且形成為圍繞沿著送電方向延伸的第2卷繞軸的周圍；以及配置送電線圈和濾波線圈的鐵氧體。上述鐵氧體包括與受電裝置相對的相對面和位於相對面的相反側的背面。

上述鐵氧體包括：環狀的線圈臺，在其相對面側配置送電線圈；和突出部，其從線圈臺中的位於比送電線圈靠內側的位置的部分朝向送電方向突出。在上述鐵氧體的背面，由突出部和線圈臺形成中空部。上述送電線圈設置於突出部的外周面側，濾波線圈沿著中空部的內周面設置。

根據上述送電裝置，即使將濾波線圈安裝於送電裝置內，也能夠抑制送電裝置大型化。另外，能夠抑制濾波線圈與送電線圈磁耦合，並且能夠省略設置於濾波線圈的芯或者謀求該芯的緊湊化。

優選的是，送電裝置還具備電感器芯，所述電感器芯設置於中空部內，且沿著中空部的內周面延伸。上述電感器芯與線圈臺和突出部磁性連接。上述濾波線圈設置於電感器芯的外周面。

根據上述送電裝置，能夠謀求由濾波線圈產生的磁通所通過的磁路徑的低阻抗化，並且能夠減少濾波線圈的匝數。

根據與附圖相關聯地理解的與本發明相關的以下的詳細說明，能夠明白本發明的上述以及其他的目的、特徵、方面以及優點。

附圖說明

圖1是示意性地表示非接觸充電系統1的示意圖。

圖2是示意性地表示非接觸充電系統1的電路圖。

圖3是表示受電裝置5的分解立體圖。

圖4是沿著圖3的IV-IV線進行剖切而得到的剖視圖，是表示受電裝置5的剖視圖。

圖5是從受電裝置5的下方仰視線圈臺30、受電線圈9以及濾波器11等時的仰視圖。

圖6是表示送電裝置3的分解立體圖。

圖7是沿著圖6的VII-VII線剖切而得到的剖視圖。

圖8是從送電裝置3的上方俯視鐵氧體58、送電線圈22、濾波器24等時的俯視圖。

具體實施方式

圖1是示意性地表示非接觸充電系統1的示意圖，圖2是示意性地表示非接觸充電系統1的電路圖。如圖1和圖2所示，非接觸充電系統1具備送電裝置3和搭載有受電單元4的車輛2。

受電單元4包括以非接觸的方式從送電裝置3接受電力的受電裝置5和對受電裝置5所接受的電力進行存儲的電池6。

受電裝置5包括線圈單元7和收納線圈單元7的殼體8。線圈單元7包括受電線圈9、與受電線圈9串聯連接的電容器10、濾波器11以及整流器12。

整流器12將受電線圈9所接受的交流電力轉換成直流電力並向電池6供給。此外，作為整流器12，可以採用各種結構，可以設為包括未圖示的多個開關元件的結構。

濾波器11包括連接於受電線圈9與整流器12之間的濾波線圈13和連接於電容器10與整流器12之間的濾波線圈14。濾波器11抑制受電線圈9接受到的接受電力所包含的噪聲被整流器12反射並從受電線圈9向外部出射。此外，在整流器12包含開關元件的情況下，抑制因整流器12驅動而產生的噪聲從受電線圈9向外部輻射。

送電裝置3包括線圈單元20和收納線圈單元20的殼體21。

線圈單元20包括送電線圈22、連接於送電線圈22的電容器23、濾波器24以及變頻器25，變頻器25連接於電源26。

變頻器25包括未圖示的多個開關元件，對從電源26供給的交流電流的頻率進行變更，並且將電壓升壓並向送電線圈22供給。

濾波器24抑制在變頻器25中產生的噪聲到達送電線圈22。濾波器24包括設置於電容器23與變頻器25之間的濾波線圈27和設置於變頻器25 與送電線圈22之間的濾波線圈28。

此外，在圖2所示的例子中，作為濾波器，舉出了包括濾波線圈的結構，但也可以在該一對濾波線圈與變頻器25之間，以與送電線圈22並聯的方式配置電容器。

在此，在送電裝置3以非接觸的方式向受電單元4輸送電力，受電裝置5以非接觸的方式從送電裝置3接受電力時，如圖1所示，使送電裝置3與受電裝置5對位以使其彼此相對。

在該圖1所示的例子中，受電裝置5配置於車輛2的底面，送電裝置3配置於地面，因此受電裝置5與送電裝置3在上下方向上相對。

因此，在本實施方式中，從與送電裝置3相對的受電裝置5朝向送電裝置3的方向(受電方向)為下方D。另外，從與受電裝置5相對的送電裝置3朝向受電裝置5的方向(送電方向)為上方U。

此外，上述的各方向根據受電裝置5和送電裝置3的搭載位置而成為各種不同的方向。

圖3是表示受電裝置5的分解立體圖。如該圖3所示，受電裝置5包括線圈單元7和殼體8，殼體8包括金屬制的基板16和被設置成覆蓋基板16的樹脂蓋17。

線圈單元7包括鐵氧體(ferrite)15，在鐵氧體15的下表面配置受電線圈9。受電線圈9以圍繞向下方D延伸的卷繞軸O2(第1卷繞軸)的周圍的方式形成為環狀，在受電線圈9的中央形成有開口部。

圖4是沿圖3的IV-IV線剖切而得到的剖視圖，是表示受電裝置5的剖視圖。在該圖4中，在受電裝置5接受電力時，在受電裝置5的下方D配置送電裝置3。因此，鐵氧體15的下表面成為送電裝置3的相對面40，鐵氧體15的上表面成為背面41。鐵氧體15包括：環狀的線圈臺30，在其相對面40側配置受電線圈9；和中央鐵氧體31，其設置於線圈臺30中的位於比受電線圈9靠內側的位置的部分。

線圈臺30通過呈環狀隔有間隔地配置多個分割鐵氧體35而形成。並且，中央鐵氧體31通過將多個分割鐵氧體36彼此間隔開並配置成陣列狀 而形成，且設置成封閉線圈臺30的開口部。

並且，中央鐵氧體31(突出部)配置於線圈臺30中的比受電線圈9靠內側的位置，且設置成從線圈臺30向下方D突出。

因此，在鐵氧體15的背面41，由中央鐵氧體31和線圈臺30形成有中空部37。

受電裝置5具備在中空部37內配置的濾波器芯(電感器芯)45。受電線圈9配置於線圈臺30的相對面40側，濾波器11配置於位於背面41側的中空部37內。並且，濾波器11安裝於濾波器芯45的外周面。濾波器11包括濾波線圈13和濾波線圈14，濾波線圈13、14形成為圍繞向下方D延伸的卷繞軸O4的周圍。此外，濾波線圈13和濾波線圈14以在上下方向上排列的方式安裝於濾波器芯45。

圖5是從受電裝置5的下方仰視線圈臺30、受電線圈9以及濾波器11等時的仰視圖。此外，在該圖5中，省略了中央鐵氧體31。

如該圖5所示，濾波線圈13、14以及濾波器芯45沿著中空部37的內周面48延伸，形成為環狀。如圖4所示，濾波器芯45包括設置於濾波器11的上表面的頂板部50和從頂板部50的內周緣部向下方D延伸的筒部51。並且，濾波線圈13、14卷繞於筒部51的外周面。

此外，筒部51靠近中央鐵氧體31，並且筒部51與中央鐵氧體31磁性連接。頂板部50的外周緣部也靠近中空部37的內周面，並且頂板部50與線圈臺30磁性連接。

並且，在接受電力時，在濾波線圈13和濾波線圈14中流有交流電流時，在濾波線圈13和濾波線圈14的周圍形成磁通。該磁通例如在經過頂板部50、線圈臺30、中央鐵氧體31以及筒部51的磁路CL1流通。這樣，由濾波線圈13、14形成的磁通良好地流通，因此能夠確保濾波線圈13、14的L值(電感值)較大。

此處，鐵氧體15是在接受電力時來自送電裝置3的磁通所流入和流出的部分，在本實施方式的受電裝置5中，將該鐵氧體15用作濾波線圈13、14的磁通的磁路徑。因此，能夠減少濾波器芯45所需的鐵氧體量，能夠 謀求受電裝置5的小型化。此外，在接受電力時，來自送電裝置3的磁通MF主要通過中央鐵氧體31的外周面側。因此，因在濾波線圈13、14中流動的電流而形成的磁通與來自送電裝置3的磁通MF基本不發生幹涉。

此外，在本實施方式中，對設置有濾波器芯45的例子進行了說明，但濾波器芯45不一定是必需的結構。

例如，中空部37的內周面48在濾波線圈13、14的線圈線所延伸的方向上長，因此能夠通過增加濾波線圈13、14的匝數來確保足夠的L值。

由於受電線圈9配置於線圈臺30的相對面40側並被設置於中央鐵氧體31的外周面側，濾波線圈13、14被收納於鐵氧體15的背面41側的中空部37內，因此可抑制受電線圈9與濾波線圈13、14磁耦合。

在圖4中，形成中央鐵氧體31的分割鐵氧體36間隔的距離L1遠小於分割鐵氧體36的寬度W1。例如，寬度W1形成為距離L1的5倍至30倍。此外，為了抑制濾波線圈13、14與受電線圈9磁耦合，也可以將中央鐵氧體31與線圈臺30配置成在上下方向上彼此隔有間隔，在中央鐵氧體31和線圈臺30之間配置呈環狀延伸的環狀壁。環狀壁的水平方向上的厚度比線圈臺30和中央鐵氧體31的上下方向上的厚度厚。

濾波線圈13、14以及濾波器芯45如上所述沿著中空部37的內周面48配置，在濾波線圈13、濾波線圈14以及濾波器芯45的各中央部形成有開口部，在濾波線圈13、濾波線圈14以及濾波器芯45內形成有能夠收納各種設備的空間。

在該圖4所示的例子中，整流器12和電容器10配置於濾波器芯45內。

即，在本實施方式的受電裝置5中，通過將濾波線圈13、14沿著分割鐵氧體36配置，從而確保了收納如整流器12等那樣設備的外形形狀方面設計的自由度小的設備的空間。由此，通過將各種設備收納於受電裝置5內，能夠謀求減少將受電裝置5搭載於車輛2時所花費的工夫，並且可謀求抑制受電裝置5的大型化。

圖6是表示送電裝置3的分解立體圖。如該圖6所示，送電裝置3包 括線圈單元20和收納線圈單元20的殼體21。殼體21包括金屬制的基板56和被設置成覆蓋該基板56的樹脂蓋57。

線圈單元20包括鐵氧體58，在鐵氧體58的上表面配置有送電線圈22。送電線圈22形成為圍繞向上方U延伸的卷繞軸O1的周圍，且形成有開口部。

圖7是沿著圖6的VII-VII線剖切而得到的剖視圖。在該圖7中，在送電裝置3以非接觸的方式向受電裝置5輸送電力時，受電裝置5被配置於送電裝置3的上方U。因此，鐵氧體58的上表面成為相對面60，鐵氧體58的下表面成為背面61。

鐵氧體58包括：線圈臺62，在其相對面60側配置送電線圈22；和中央鐵氧體63，其設置於線圈臺62中的位於比送電線圈22靠內側的位置的部分。

線圈臺62包括多個分割鐵氧體64，各分割鐵氧體64配置成彼此隔有間隔。並且，中央鐵氧體63包括配置成陣列狀的多個分割鐵氧體65。該中央鐵氧體63被配置成封閉線圈臺62的開口部，並被設置成從線圈臺62的上表面向上方U突出。

因此，在鐵氧體58的背面61，由線圈臺62和中央鐵氧體63形成有中空部66。並且，送電裝置3包括設置於中空部66內的濾波器芯67。

並且，濾波線圈27和濾波線圈28安裝於濾波器芯67，濾波線圈27和濾波線圈28也收納於中空部66內。

此外，濾波線圈27、28形成為圍繞向上方U延伸的卷繞軸O3的周圍，且形成有開口部。此外，濾波線圈27和濾波線圈28設置成在上下方向上排列。

圖8是從送電裝置3的上方俯視鐵氧體58、送電線圈22、濾波器24等時的俯視圖。在該圖8中，未圖示中央鐵氧體63。

如該圖8所示，濾波線圈27、28和濾波器芯67沿著中空部66的內周面68配置。如圖7所示，濾波器芯67包括配置於送電線圈22的下表面側的下表面部70和從下表面部70的內周緣部朝向上方U延伸的筒部71。在 筒部71的外周面卷繞有濾波線圈27、28。

此外，筒部71被設置成靠近中央鐵氧體63，筒部71與中央鐵氧體63磁耦合。另外，下表面部70靠近分割鐵氧體64的內周面，下表面部70與分割鐵氧體64磁耦合。

此處，在輸送電力時，在濾波線圈27和濾波線圈28中流有交流電流，在各濾波線圈27、28的周圍形成磁通。該磁通例如在經過從筒部71、中央鐵氧體63、線圈臺62以及下表面部70的磁路CL2流通。

這樣，由濾波器24形成的磁通良好地流通，因此能夠確保濾波線圈27、28的L值較大。

在此，在輸送電力時，鐵氧體58中流有在送電線圈22的周圍形成的磁通。這樣，鐵氧體58是用於向送電裝置3送電的磁通所通過的部件，將該鐵氧體58用作濾波線圈27、28的磁通所通過的磁路的一部分。

因此，能夠將確保濾波線圈27、28的L值所需的芯抑制得小。由此，能夠謀求濾波器11的小型化和部件件數的減少，能夠謀求送電裝置3的小型化和成本削減。

此外，在圖7等所示的例子中，對設置有濾波器芯67的例子進行了說明，但濾波器芯67不是必需的構成要件，能夠通過增加濾波線圈27、28的匝數而省略濾波器芯67。

送電線圈22被配置於鐵氧體58的相對面60側，並且被設置於中央鐵氧體63的外周面側。另一方面，濾波線圈27、28被收納於鐵氧體58的背面61側的中空部66內。因此，可抑制濾波線圈27、28與送電線圈22磁耦合。

另外，在送電裝置3中，分割鐵氧體65之間的間隙的長度L2也遠小於分割鐵氧體65的寬度W2，因此可抑制送電線圈22與濾波線圈27、28磁耦合。

如圖8和圖7所示，濾波線圈27、28和濾波器芯67形成為沿著內周面68延伸，因此可確保將各種設備收納於形成為中空狀的濾波器芯67內的空間。

在本實施方式中，在上述的空間中收納有電容器23和變頻器25。由此，能夠減少設置送電裝置3時所花費的工夫，並且能夠抑制送電裝置3的大型化。

雖然對本發明的實施方式進行了說明，但應該認為，本次公開的實施方式的所有點都是例示而不是限制性的內容。本發明的範圍由權利要求書來表示，意在包括與權利要求書均等的含義以及範圍內的所有變更。