CN109087795A - 屏蔽部件和电力传输单元 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够抑制电力传输效率降低的屏蔽部件以及电力传输单元。屏蔽部件(40)以及电力传输单元(1)包括屏蔽壁部(41)，该屏蔽壁部(41)被设置为围绕轴线(X)环状地形成，并且在沿着交叉方向的位置包围输电线圈(20)，并且，对该输电线圈(20)产生的磁力进行屏蔽。而且，屏蔽壁部(41)被形成为在交叉方向对置的壁面(41a)的间隔(P)从轴线方向的一侧朝向另一侧而变宽。

Description

屏蔽部件和电力传输单元

技术领域

本发明涉及一种屏蔽部件和电力传输单元。

背景技术

以往，存在一种以非接触方式进行电力传输的电力传输单元。电力传输单元例如包括：用于传输电力的输电线圈；和用于屏蔽由该输电线圈产生的漏磁场的屏蔽部件(例如，专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2014-113021号公报

发明内容

本发明欲解决的问题

然而，在现有的电力传输单元中，存在抵消输电线圈的磁场的涡电流流过屏蔽部件的情况。在这种情况下，在电力传输单元中，由于涡电流的流动有可能阻碍电力传输，在这点上还有进一步改进的空间。

因此，本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够抑制电力传输效率降低的屏蔽部件以及电力传输单元。

用于解决问题的技术方案

为解决上述问题，实现发明目的，本发明所涉及的屏蔽部件的特征在于，包括：屏蔽壁部，其围绕轴线环状地形成，并且对设置在内侧的输电线圈所产生的磁力进行屏蔽，所述屏蔽壁部被形成为在与所述轴线交叉的交叉方向对置的壁面的间隔从沿着所述轴线的轴线方向的一侧朝向另一侧而变宽。

此外，上述屏蔽部件中，优选的是，所述屏蔽壁部的沿所述轴线方向的截面形状被形成为弧形状。

此外，上述屏蔽部件中，优选的是，所述屏蔽壁部的沿所述轴线方向的截面形状被形成为矩形状。

此外，本发明所涉及的电力传输单元，优选的是，包括：输电线圈，与对侧输电线圈通过非接触方式传输电力；以及屏蔽部件，具有屏蔽壁部，所述屏蔽壁部围绕轴线环状地形成，并且对设置在内侧的输电线圈所产生的磁力进行屏蔽，所述屏蔽壁部被形成为在与所述轴线交叉的交叉方向对置的壁面的间隔朝向所述对侧输电线圈而变宽。

发明效果

本发明所涉及的屏蔽部件以及电力传输单元包括屏蔽壁部，该屏蔽壁部围绕轴线环状地形成，并且对设置在内侧的输电线圈产生的磁力进行屏蔽。并且，屏蔽壁部被形成为在交叉方向对置的壁面的间隔从沿轴线的轴线方向的一侧朝向另一侧而变宽。由此，屏蔽部件以及电力传输单元能够抑制输电线圈的磁力线与屏蔽壁部垂直。其结果，屏蔽部件和电力传输单元能够抑制涡电流产生，并且能够抑制电力传输效率的降低。

附图说明

图1是示出实施方式涉及的电力传输单元的构成例的立体图。

图2是示出实施方式涉及的电力传输单元的构成例的分解立体图。

图3是示出实施方式涉及的电力传输单元的构成例的图2的V-V剖视图。

图4是示出实施方式涉及的已取下外壳的状态下的电力传输单元的构成例的立体图。

图5是示出实施方式涉及的电力传输单元的图4的M-M剖视图。

图6是示出实施方式涉及的送电侧和受电侧的电力传输单元的剖视图。

图7是示出比较例涉及的屏蔽部件的构成例的立体图。

图8是示出比较例涉及的屏蔽部件的作用的图。

图9是示出实施方式涉及的屏蔽部件的作用的图。

图10是示出实施方式和比较例涉及的屏蔽部件的屏蔽性能的图。

图11是示出变形例涉及的屏蔽部件的构成例的立体图。

图12是示出变形例涉及的屏蔽部件的作用的图。

图13是示出变形例涉及的屏蔽部件的屏蔽性能的图。

附图标记

1：电力传输单元

10：基板

20：输电线圈

20A：对侧输电线圈

21：导线

10a：安装面

30：铁氧体(磁性部件)

40、40B：屏蔽部件

41、41B：屏蔽壁部

41a、41d：壁面

41b、41e：切断部

50：通信耦合器(通信部)

50A：对侧通信耦合器(对侧通信部)

60：内壳(内侧部件)

61：支撑板

62：竖立壁部

63：容纳室

63a：空间部

70：外壳(外侧部件)

P、P2：间隔

X：轴线

具体实施方式

参照附图，对用于实施本发明的方式(实施方式)进行详细说明。本发明不受以下实施方式中记载的内容限制。此外，下面描述的构成要素包括本领域技术人员能够容易想到的要素、实质上相同的要素。进一步地，下述记载的构成可以适当地组合。此外，在不脱离本发明的主旨的范围内，可以进行构成的各种省略、置换或变更。

[实施方式]

对实施方式涉及的电力传输单元1进行说明。电力传输单元1是以非接触方式进行电力传输并且对信号进行无线通信的单元。电力传输单元1作为发送电力的送电侧或者接受电力的受电侧而发挥作用。电力传输单元1例如被用在对未图示的设置在车辆中的蓄电池进行充电的情况。在这种情况下，受电侧的电力传输单元1例如安装在车辆的底面部，并且与车辆的蓄电池连接。此外，送电侧的电力传输单元1例如被设置在未图示的充电站的地面，并且与电源连接。送电侧的电力传输单元1以与受电侧的电力传输单元1对置的状态，通过磁共振等，将从电源供给的电力发送到受电侧的电力传输单元1。受电侧的电力传输单元1接收从送电侧的电力传输单元1发送的电力，并将接收到的电力输出到车辆的蓄电池。在以下的说明中，对于电力传输单元1，送电侧和受电侧的主要结构是相同的构成，所以如果没有特别说明，则对送电侧和受电侧进行说明时不予区分。

如图1和图2所示，电力传输单元1包括基板10、输电线圈20、作为磁性部件的铁氧体30、屏蔽部件40、作为通信部的通信耦合器50、作为内侧部件的内壳60和作为外侧部件的外壳70。

这里，轴线方向是指沿着轴线X的方向。轴线方向的上侧是指输电线圈20侧，轴线方向的下侧是指基板10侧。交叉方向是指与轴线方向交叉的方向。垂直方向是指与轴线方向垂直的方向。

基板10是所谓的印刷电路板10(Printed Circuit Board)，安装有谐振电容器等各种电子元器件11，并且构成将该电子元器件11电连接的电子电路。在基板10中，例如在包含环氧树脂、玻璃环氧树脂、纸环氧树脂、陶瓷等绝缘性材料的绝缘层利用铜箔等导电性部件形成有布线图案(印刷图案)。基板10与输电线圈20电连接。

输电线圈20是以非接触方式传输电力的线圈。输电线圈20与谐振电容器一起构成LC谐振电路。输电线圈20例如包括：线圈绕组部22，导线21围绕轴线X螺旋状地设置；卷绕开始端部23，是导线21的卷绕开始侧的端部；中间部24，是卷绕开始端部23与线圈绕组部22之间的部分；以及卷绕结束端部25，是导线21的卷绕结束侧的端部。导线21例如是将多根导体裸线绞合而成的绞合线(Litz Wire)。线圈绕组部22是沿着与轴线方向交叉的交叉方向从内侧向外侧多次卷绕而形成为螺旋状的部分。典型地，线圈绕组部22沿着与轴线方向垂直的垂直方向从内侧向外侧多次卷绕。中间部24是导线21从线圈绕组部22的内侧横穿到外侧的部分。中间部24沿轴线方向被压缩，并且通过粘接部件而固定到线圈绕组部22。从轴线方向观察时，卷绕开始端部23和卷绕结束端部25位于线圈绕组部22的外侧。卷绕开始端部23和卷绕结束端部25与基板10连接。

线圈绕组部22如图3所示，导线21沿轴线方向被压缩，并且通过粘接部件而被覆盖、固定。由此，线圈绕组部22的导线21的截面形状发生变形，并且，相邻的导线21之间的空间被填塞，被形成为板状。其结果是，输电线圈20被形成为线圈绕组部22的轴线方向的厚度H1比卷绕开始端部23的外径H2(例如，W-W截面)以及卷绕结束端部25的外径H3薄。由此，输电线圈20能够防止线圈形状的不均衡，并且能够减小电感值的公差。因此，输电线圈20能够抑制线圈性能的不均衡，并且能够确保适当的线圈性能。再者，由于输电线圈20是卷绕一根导线21而形成，因此卷绕开始端部23的外径H2和卷绕结束端部25的外径H3为相同的厚度。

铁氧体30是含有磁性材料的部件，例如是氧化铁和金属的复合氧化物。铁氧体30例如形成为矩形的板状，并且形成为与输电线圈20相同的尺寸。铁氧体30以沿轴线方向对置的方式设置在输电线圈20。铁氧体30通过由输电线圈20产生的磁力，防止磁力的损失。

屏蔽部件40是用于屏蔽成为引起噪声等的原因的多余的输电线圈20的磁力(漏磁场)的部件。屏蔽部件40例如由铜或铝等高导电性金属形成。屏蔽部件40具有围绕轴线X环状地形成的屏蔽壁部41，并且轴线方向的两侧被开口。屏蔽壁部41例如通过将长条状的板部件围绕轴线X卷绕一圈而形成。从轴线方向观察时，屏蔽壁部41被形成为大致矩形形状，并且四个角部有弧度。如图4、图5等所示，屏蔽壁部41被设置为在沿着交叉方向的位置包围输电线圈20和铁氧体30。也就是说，屏蔽壁部41以包围输电线圈20和铁氧体30的方式位于外侧，并且从交叉方向观察时，设置为与输电线圈20和铁氧体30重叠。

屏蔽壁部41朝向对侧输电线圈20A侧而被形成为扇形(日文：末広がり形状)。也就是说，屏蔽壁部41被形成为在交叉方向对置的壁面41a的间隔P从轴线方向的一侧(下侧)朝向另一侧(上侧)地扩大(参见图5、图6)。由此，屏蔽壁部41能够抑制输电线圈20的磁力线(磁通线)垂直。这样，由于屏蔽壁部41能够抑制产生用于抵消输电线圈20引起的磁场波动的磁场的涡电流的流动，因此能够抑制电力传输效率的降低。另外，屏蔽壁部41的沿着轴线方向切断的切断部41b被形成为向屏蔽壁部41的外侧弯曲的弧形。由此，屏蔽壁部41能够进一步抑制涡电流的流动。

通信耦合器50是发送和接收信号的天线。通信耦合器50围绕轴线X环状地形成。通信耦合器50例如通过天线用线51围绕轴线X螺旋状地缠绕多次(例如，三次)而形成。通信耦合器50中，天线用线51的卷绕开始侧的端部即第一端部52和天线用线51的卷绕结束侧的端部即第二端部53被连接在基板10。通信耦合器50在从轴线方向观察时，被形成为大致矩形状。通信耦合器50被设置为在沿着交叉方向的位置包围输电线圈20。也就是说，通信耦合器50以包围输电线圈20的方式位于外侧。在通信耦合器50中，在交叉方向在通信耦合器50与输电线圈20之间设置有屏蔽部件40。由此，屏蔽部件40能够抑制输电线圈20所产生的磁力对通信耦合器50的影响。因此，由于通信耦合器50能够抑制特性发生变化，并且能够抑制信号的损失，因而能够抑制通信质量降低。

内壳60是被容纳在外壳70内部的部件。内壳60由绝缘性的合成树脂等形成，并且通过公知的注射成型方法成型。内壳60中，以能够与对侧输电线圈20A进行电力传输的方式来限制基板10、输电线圈20和铁氧体30的相对位置，进一步地，以能够与对侧通信耦合器50A进行通信的方式来限制屏蔽部件40和通信耦合器50的相对位置。并且，在内壳60中，组装基板10、输电线圈20、铁氧体30、屏蔽部件40和通信耦合器50。由此，电力传输单元1能够以包括基板10、输电线圈20、铁氧体30、屏蔽部件40和通信耦合器50在内的构成元器件被定位并组装在内壳60的状态将该内壳60容纳在外壳70。因此，电力传输单元1例如与直接将构成元器件组装到外壳70的内侧的情况相比，能够容易且准确地限制构成元器件的相对位置，并且能够容易地保持构成元器件。由此，也能够准确地限制电力传输单元1相对于对侧电力传输单元1A的构成元器件的相对位置。

内壳60包括支撑板61、竖立壁部62和容纳室63。支撑板61被设置成与轴线X交叉。竖立壁部62从支撑板61竖立设置并且围绕轴线X环状地设置。从轴线方向观察时，竖立壁部62被形成为大致矩形状。竖立壁部62的外周形状为与通信耦合器50的内周形状相同的形状。竖立壁部62例如通过将通信耦合器50缠绕在外表面，从而安装该通信耦合器50。竖立壁部62的内周形状为与屏蔽部件40的外周形状相同的形状。竖立壁部62具有在内侧支撑屏蔽部件40的外表面的弯曲形状的支承部62a。竖立壁部62利用支承部62a来支承并安装屏蔽部件40。竖立壁部62例如通过胶带等(未示出)将屏蔽部件40贴付在支承部62a，以安装该屏蔽部件40。竖立壁部62在轴线方向的上侧的缘部设置有切口部61a。切口部61a通过切割竖立壁部62的在轴线方向的上侧缘部的一部分而形成。由此，切口部61a能够使灌封材料或模制材料容易地流入到内壳60的内部。

容纳室63被形成为长方体形状，并且设置在竖立壁部62的内侧。容纳室63包括：空间部63a，用于容纳输电线圈20；插入口63b，用于将输电线圈20插入到空间部63a；和安装部63c，用于安装热敏电阻，该热敏电阻用于测量输电线圈20的温度，并且用于检测存在于外壳70之间的异物(例如，金属异物)。对于容纳室63，输电线圈20从插入口63b插入到空间部63a，并且，已插入的输电线圈20被容纳在空间部63a。容纳室63中，用于测量被容纳在空间部63a中的输电线圈20的温度并且用于检测在外壳70之间存在的异物的热敏电阻被安装在安装部63c。需要说明的是，为了能够将输电线圈20从插入口63b插入到空间部63a，内壳60被构成为插入口63b侧的一部分60a能够从主体部60b分离。

外壳70是覆盖内壳60的框体。外壳70由绝缘性的合成树脂等形成，并且通过公知的注射成型方法成型。外壳70例如包括：上壳体71，设置在轴线方向的上侧；和下壳体72，设置在轴线方向的下侧。外壳70通过在轴线方向组装上壳体71和下壳体72从而形成为箱形。外壳70设置有使设置在基板10的连接器连接部11a露出的连接器开口部73。外壳70在基板10、输电线圈20、铁氧体30、屏蔽部件40和通信耦合器50被组装到内壳60的状态下，由上壳体71和下壳体72覆盖该内壳60整体。

如上所述，实施方式所涉及的屏蔽部件40以及电力传输单元1包括屏蔽壁部41，该屏蔽壁部41围绕轴线X环状地形成，并且屏蔽由设置在内侧的输电线圈20产生的磁力。并且，屏蔽壁部41被形成为在交叉方向对置的壁面41a的间隔P从轴线方向的一侧朝向另一侧而变宽。由此，屏蔽部件40以及电力传输单元1能够抑制输电线圈20的磁力线与屏蔽壁部41的壁面41a垂直。因此，屏蔽部件40以及电力传输单元1能够抑制涡电流的产生，并且能够抑制电力传输效率的降低。

在此处，针对实施方式涉及的屏蔽部件40和比较例涉及的屏蔽部件40A的屏蔽性能进行比较。比较例涉及的屏蔽部件40A例如如图7所示，具有围绕轴线X环状地形成的屏蔽壁部41A。当从轴向观察时，屏蔽壁部41A被形成为矩形状，在交叉方向对置的壁面41c的间隔P1被形成为从轴线方向的一侧朝向另一侧长度相同。因此，屏蔽壁部41A如图8所示，例如在区域N1中输电线圈20的磁力线(磁通线)垂直的情况相对较多。与此相对，实施方式涉及的屏蔽壁部41被形成为壁面41a的间隔P朝着对侧输电线圈20A侧而扩大，还形成为弧形，因此，如图9所示，例如在区域N2中，与屏蔽壁部41A相比，能够抑制输电线圈20的磁力线垂直。也就是说，屏蔽壁部41以沿着输电线圈20的磁力线的方式形成为弧形，因此能够抑制磁力线垂直。

图10是示出实施方式以及比较例涉及的屏蔽部件40、40A的屏蔽性能的图。实施方式涉及的屏蔽部件40被形成为从一端侧的开口部朝向另一端侧的开口部地，交叉方向的间隔变宽。此外，比较例涉及的屏蔽部件40A被形成为从一端侧的开口部朝向另一端侧的开口部地，交叉方向的间隔相同。如图10所示可知，实施方式涉及的屏蔽部件40与比较例涉及的屏蔽部件40A相比，磁力屏蔽引起的损失即屏蔽损耗[W]较小，电力传输效率较高。此外，可知，实施方式涉及的屏蔽部件40与比较例涉及的屏蔽部件40A相比，垂直方向和轴线方向的辐射场强度较小，屏蔽效果好。此外，可知，实施方式涉及的屏蔽部件40与比较例涉及的屏蔽部件40A相比，电感L较大，而且电阻R较小，因而，表示电感L与电阻R之比的Q值变大，电力传输效率较高。此外，可知，实施方式涉及的屏蔽部件40不妨碍电力传输用的磁力，因此与比较例涉及的屏蔽部件40A相比，耦合系数k较大，电力传输效率较高。这样，屏蔽部件40以及电力传输单元1能够在不增加其他部件的情况下通过简单的构成，就能够抑制电力传输效率的降低。此外，由于屏蔽部件40和电力传输单元1不会使屏蔽部件40在交叉方向从输电线圈20离开，因此能够抑制单元的大型化。此外，对于屏蔽部件40和电力传输单元1，由于轴线方向的两侧被开口，所以能够减少屏蔽部件40的材料，并且能够减轻重量和降低成本。此外，由于屏蔽部件40和电力传输单元1不易产生涡电流，所以能够抑制屏蔽部件40的发热。

此外，在屏蔽部件40中，屏蔽壁部41的沿轴线方向的截面形状(切断部41b)被形成为弧形。由此，屏蔽壁部41由于输电线圈20产生的磁力线沿着切断部41b的弧状的形状，因此能够进一步抑制涡电流的流动。

[变形例]

接下来，将对实施方式的变形例进行说明。尽管已经针对屏蔽部件40的沿着轴线方向的截面形状(切断部41b)被形成为弧形的示例进行了说明，但是本发明不限于此。例如，屏蔽部件40B被形成为在交叉方向对置的壁面41d的间隔P2从轴线方向的一侧朝向另一侧(对侧输电线圈20A侧)而变宽，进一步地，屏蔽壁部41B的截面形状(切断部41e)被形成为矩形(参见图11和图12)。因此，屏蔽部件40B如图12所示地，例如在区域N3中与比较例的屏蔽壁部41A相比，能够抑制输电线圈20的磁力线垂直。也就是说，屏蔽壁部41B由于以沿着输电线圈20的磁力线的方式形成为矩形，因此能够抑制磁力线垂直。因此，屏蔽部件40能够抑制涡电流的产生，并且能够抑制电力传输效率的降低。

图13是示出变形例涉及的屏蔽部件40B的屏蔽性能的图。变形例涉及的屏蔽部件40B被形成为从一端侧的开口部朝向另一端侧的开口部地，交叉方向的间隔变宽。如图13所示，可知，变形例涉及的屏蔽部件40B与比较例涉及的屏蔽部件40A相比，磁力屏蔽引起的损失即屏蔽损耗[W]较小，电力传输效率较高。此外，可知，变形例涉及的屏蔽部件40B与比较例涉及的屏蔽部件40A相比，垂直方向和轴线方向的辐射场强度较小，屏蔽效果较高。此外，可知，变形例涉及的屏蔽部件40B与比较例涉及的屏蔽部件40A相比，电感L较大，而且电阻R较小，因而表示电感L与电阻R之比的Q值变大，电力传输效率较高。此外，可知，变形例涉及的屏蔽部件40B不妨碍电力传输用的磁力，因此与比较例涉及的屏蔽部件40A相比，耦合系数k较大，电力传输效率较高。

此外，尽管对基板10为印刷电路板的情况进行了说明，但是本发明不限于此。例如，基板10也可以是在绝缘性的树脂材料的内部内置有由导电性金属材料母线并且利用该母线构成各种电路而成的嵌入母线基板(insert bus bar substrate)等。

此外，输电线圈20不限于螺旋状的形状。输电线圈20例如也可以是所谓的电磁型(solenoid type)的输电线圈。也就是说，输电线圈20也可以是螺旋状地缠绕于未图示的铁氧体的输电线圈。在这种情况下，电磁型的输电线圈被设置为线圈轴线方向称为与轴线X交叉(例如垂直)的方向。

此外，输电线圈20虽然以线圈绕组部22被压缩并且被粘接部件包覆的示例进行了说明，但是本发明不限于此。输电线圈20也可以是线圈绕组部22不被压缩且不被粘接部件包覆。

此外，尽管已经描述了铁氧体30被形成为矩形的板状，但是本发明不限于此。例如，铁氧体30也可以被形成为圆形的板状，或者也可以排列尺寸较小的多个块状铁氧体而形成一个铁氧体。

此外，尽管已经描述了屏蔽部件40和40B的轴线方向的两侧被开口的示例，但是本发明不限于此。例如，屏蔽部件40和40B也可以是轴线方向的铁氧体30侧被闭塞。

此外，尽管已经描述了外壳70被形成为箱形并且完全覆盖内壳60的示例，但是本发明不限于此。例如，外壳70也可以被设置为以组装有构成元器件的内壳60已设置在设置面的状态，从轴线方向的上侧被覆该内壳60。

此外，内壳60已经对以利用胶带等来组装基板10、输电线圈20、铁氧体30、屏蔽部件40和通信耦合器50的示例进行了说明，但是本发明不限于此。例如，内壳60也可以利用嵌入成型来组装包括基板10、输电线圈20、铁氧体30、屏蔽部件40和通信耦合器50在内的构成元器件。在这种情况下，内壳60与利用嵌入成型将构成元器件直接组装到将未图示的外壳的情况相比，能够简化在嵌入成型中使用的模框。由此，电力传输单元1能够降低制造成本。

对于内壳60，基板10经由多个间隔件(未示出)而组装到支撑板61的竖立壁部62的相反侧。此处，每个间隔件是防止内壳60与基板10的电子元器件11之间的干扰的部件。各间隔件竖立设置在基板10的安装面10a，在内壳60侧的端部设置有螺栓紧固孔(未示出)。内壳60在支撑板61设置有多个螺栓插通用的孔部(未示出)。内壳60中，各螺栓插通用的孔部与各间隔件的螺栓紧固孔位置匹配。并且，内壳60中，多个螺栓(未示出)被插通到各螺栓插通用的孔部，并且已插通的各螺栓被紧固在各螺栓紧固孔，从而将基板10组装在该内壳60。在本实施方式中，内壳60中，该内壳60的支撑板61与基板10组装。

Claims (4)

1.一种屏蔽部件，其特征在于，

包括：屏蔽壁部，其围绕轴线环状地形成，并且对设置在内侧的输电线圈所产生的磁力进行屏蔽，

所述屏蔽壁部被形成为在与所述轴线交叉的交叉方向对置的壁面的间隔从沿着所述轴线的轴线方向的一侧朝向另一侧而变宽。

2.如权利要求1所述的屏蔽部件，其中，

所述屏蔽壁部的沿所述轴线方向的截面形状被形成为弧形状。

3.如权利要求1所述的屏蔽部件，其中，

所述屏蔽壁部的沿所述轴线方向的截面形状被形成为矩形状。

4.一种电力传输单元，其特征在于，包括：

输电线圈，与对侧输电线圈通过非接触方式传输电力；以及

屏蔽部件，具有屏蔽壁部，所述屏蔽壁部围绕轴线环状地形成，并且对设置在内侧的输电线圈所产生的磁力进行屏蔽，

所述屏蔽壁部被形成为在与所述轴线交叉的交叉方向对置的壁面的间隔朝向所述对侧输电线圈而变宽。