DE102016215274A1

DE102016215274A1 - Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit

Info

Publication number: DE102016215274A1
Application number: DE102016215274.2A
Authority: DE
Inventors: Tatsuo Toba; Yuta Nakagawa; Yoichi Ido; Shingo Tanaka
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2015-08-21
Filing date: 2016-08-16
Publication date: 2017-02-23
Also published as: JP2017041594A; US20170054327A1; JP6342369B2; US10027171B2

Abstract

Eine Kopplungselektrode einer Kommunikationskopplungseinheit schneidet eine orthogonale Ebene, die senkrecht zu einer Spulenachsenlinienrichtung einer Leistungsübertragungsspule steht. Das heißt, die Kopplungselektrode der Kommunikationskopplungseinheit ist nicht parallel zu der orthogonalen Ebene, die senkrecht zu der Spulenachsenlinienrichtung der Leistungsübertragungsspule steht. Beispielsweise ist die Kopplungselektrode der Kommunikationskopplungseinheit senkrecht zu der orthogonalen Ebene, die senkrecht zu der Spulenachsenlinienrichtung ist, und enthält die Spulenachsenlinienrichtung in einer Ebene der Kopplungselektrode.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Bisher gab es eine Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit bzw. eine leistungsübertragende Kommunikationseinheit, die mit einer Funktion zur Ausführung einer kontaktlosen Übertragung elektrischer Leistung und einer Funktion zur Ausführung einer drahtlosen Kommunikation versehen war. Die Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit ist auf dem gleichen Substrat zusammen mit einem Kommunikationsmodul und einer Leistungsübertragungsspule vorgesehen, die spiralförmig um das Kommunikationsmodul herum ausgebildet ist (beispielsweise offengelegte japanische Patentanmeldung mit der Nr. 2014-049479 ).
Auf das Kommunikationsmodul wirkt jedoch ein magnetisches Feld der Leistungsübertragungsspule ein, und daher gibt es das Problem, dass die Temperatur des Kommunikationsmoduls durch Wirbelströme ansteigt.
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die zuvor genannten Umstände erdacht und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit bereitzustellen, die den Temperaturanstieg in dem Kommunikationsmodul unterdrücken kann.
Um die zuvor genannte Aufgabe zu lösen, umfasst eine Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit bzw. eine leistungsübertragende Kommunikationseinheit gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Substrat, das eine Öffnung aufweist; eine Leistungsübertragungsspule, die spiralförmig um die Öffnung herum ausgebildet ist, auf einer Oberfläche des Substrats montiert ist, mit einer Schaltung des Substrats verbunden ist und eine kontaktlose Übertragung von elektrischer Leistung ausführt; und ein Kommunikationsmodul, das an der Öffnung montiert ist, ein leitendes Element, das in ebener Form ausgebildet ist, aufweist und eine drahtlose Kommunikation über das leitende Element ausführt, wobei das leitende Element des Kommunikationsmoduls eine orthogonale Ebene schneidet, die senkrecht zu einer Spulenachsenlinienrichtung der Leistungsübertragungsspule steht.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es in der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit bevorzugt, dass das leitende Element des Kommunikationsmoduls die Spulenachsenlinienrichtung in einer Ebene des leitenden Elements enthält.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es in der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit bevorzugt, dass das Kommunikationsmodul eine gedruckte Leiterplatte aufweist und das leitende Element mit einer Schaltung der gedruckten Leiterplatte verbunden ist, die in einem vorbestimmten Bereich auf mindestens einer Oberfläche der gedruckten Leiterplatte ausgebildet ist und eine Kopplungselektrode aufweist, die elektrische Ladungen sammelt.
Die vorhergehenden und andere Aufgaben, Merkmale, Vorteile und technischen und industriellen Bedeutungen dieser Erfindung können besser verstanden werden, indem die folgende detaillierte Beschreibung gegenwärtig bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung studiert wird, wenn diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen betrachtet werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Draufsicht von unten, die ein Beispiel des Aufbaus einer Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit gemäß einer Ausführungsform zeigt;
2 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel des Aufbaus der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit in der Ausführungsform zeigt;
3 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel des Aufbaus einer Kommunikationskopplungseinheit gemäß der Ausführungsform zeigt;
4 ist eine Schnittansicht, die eine Lagebeziehung zwischen der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit auf einer Leistungsübertragungsseite und der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit auf einer Leistungsempfangsseite gemäß der Ausführungsform zeigt;
5 ist eine Schnittansicht, die ein Anwendungsbeispiel (Beispiel 1) der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit gemäß der Ausführungsform darstellt;
6 ist eine Schnittansicht, die ein Anwendungsbeispiel (Beispiel 2) der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit gemäß der Ausführungsform zeigt;
7 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel des Aufbaus einer Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit gemäß einem Vergleichsbeispiel zeigt;
8 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Temperaturanstiegs (Abstand: 10 mm) in dem Vergleichsbeispiel darstellt;
9 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Temperaturanstiegs (Abstand: 10 mm) gemäß der Ausführungsform darstellt;
10 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Temperaturanstiegs (Abstand: 5 mm) in dem Vergleichsbeispiel darstellt; und
11 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Temperaturanstiegs (Abstand: 5 mm) gemäß der Ausführungsform darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen wird eine Form zur Implementierung der vorliegenden Erfindung (eine Ausführungsform) nachfolgend detailliert beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf den in der folgenden Ausführungsform beschriebenen Inhalt beschränkt. Ferner umfassen die Bestandteile, die im Folgenden beschrieben sind, auch jene, die ein Fachmann in einfacher Weise erschließen kann oder die dazu im Wesentlichen gleich sind. Die im Folgenden beschriebenen Konfigurationen können nach Zweckmäßigkeit kombiniert werden. Ferner können diverse Weglassungen, Ersetzungen oder Modifizierungen an den Konfigurationen vorgenommen werden, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung abzuweisen.
Ausführungsform
Es wird nun eine Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit bzw. eine leistungsübertragende Kommunikationseinheit gemäß einer Ausführungsform beschrieben. 1 ist eine Draufsicht von unten, die ein Beispiel des Aufbaus der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit gemäß der Ausführungsform darstellt. 2 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel des Aufbaus der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit gemäß der Ausführungsform darstellt. 3 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel des Aufbaus einer Kommunikationskopplungseinheit in der Ausführungsform darstellt. 4 ist eine Schnittansicht, die eine Ladebeziehung zwischen der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit auf einer Leistungsübertragungsseite und der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit auf einer Leistungsempfangsseite gemäß der Ausführungsform darstellt.
Eine Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1 überträgt elektrische Leistung kontaktlos und führt eine drahtlose Kommunikation aus. Die Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1 umfasst, wie in 1 und 2 gezeigt ist, eine Substrat 10, das ein Substrat ist, eine Leistungsübertragungsspule 20 und eine Kommunikationskopplungseinheit 30, die ein Kommunikationsmodul ist. Um das Verständnis der Beschreibung zu erleichtern, ist die Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1 in einem Zustand gezeigt, in welchem ein Gehäuse entfernt ist.
Das Substrat 10 weist ein isolierendes Material 10a, eine Öffnung 11 und eine Leistungsübertragungsschaltung 12 auf. Das Isolierende Material 10a ist in einer plattenartigen Form eines rechteckigen Parallelepipeds bzw. eines Quaders ausgebildet und enthält ein Ferrit, das ein magnetischer Körper mit hoher magnetischer Permeabilität ist. Die Öffnung 11 mit rechteckiger Form ist in dem isolierenden Material 10a in der Mitte ausgebildet. Die Öffnung 11 hat eine Größe derart, dass sie nicht die Kommunikation der Kommunikationskopplungseinheit 30 stört bzw. behindert. Auf einer Oberfläche 13 auf Seite der Leistungsübertragungsspule 20 des isolierenden Materials 10a ist die ist die Leistungsübertragungsschaltung 12 ausgebildet.
Die Leistungsübertragungsspule 20 führt eine kontaktlose Übertragung von elektrischer Leistung aus. Die Leistungsübertragungsspule 20 ist spiralförmig um die Öffnung 11 des Substrats 10 herum ausgebildet, wobei eine Mittelachsenlinie X als eine Mitte dient, und ist auf der Oberfläche 13 auf Seite der Leistungsübertragungsschaltung 12 des Substrats 10 montiert. Die Leistungsübertragungsspule 20 ist mit der auf dem Substrat 10 ausgebildeten Schaltung 12 verbunden. Beispielsweise ist ein Endbereich der Leistungsübertragungsspule 20 mit einer Schaltung 12a verbunden und der andere Endbereich der Leistungsübertragungsspule 20 ist mit einer Schaltung 12b verbunden.
Die Kommunikationskopplungseinheit 30 ist an der Öffnung 11 des Substrats 10 montiert und führt eine drahtlose Kommunikation mit einer weiteren Kommunikationskopplungseinheit 30 aus. Die Kommunikationskopplungseinheit 30 verwendet beispielsweise TransferJet (eingetragene Handelsmarke), die eine drahtlose Übertragungstechnik für den Nahbereich ist. Die Kommunikationskopplungseinheit 30 umfasst eine gedruckte Leiterplatte 31, eine Kopplungselektrode 32 und ein koaxiales Verbindungsstück 33. Die Kopplungselektrode 32 ist in einem leitenden Element enthalten.
Die gedruckte Leiterplatte 31 ist in einer plattenartigen Form eines rechteckigen Parallelepipeds bzw. eines Quaders ausgebildet. Die gedruckte Leiterplatte 31 erstreckt sich in einer Spulenachsenlinienrichtung. Die Spulenachsenlinienrichtung ist eine Richtung entlang der Mittelachsenlinie X. Auf der gedruckten Leiterplatte 31 ist eine Schaltung 310 ausgebildet.
Die Kopplungselektrode 32 sammelt elektrische Ladungen, die bei der Kommunikation verwendet werden. Die Kopplungselektrode 32 ist mit der Schaltung 310 der gedruckten Leiterplatte 31 verbunden und ist in einer ebenen Form in einem vorbestimmten Bereich auf mindestens einer Oberfläche der gedruckten Leiterplatte 31 ausgebildet. Beispielsweise ist die Kopplungselektrode 32, wie in 3 dargestellt ist, in einer T-Form ausgebildet und ist in einem im Wesentlichen zentralen Bereich auf einer Oberfläche der gedruckten Leiterplatte 31 ausgebildet. Auf der formgebenden Fläche der Kopplungselektrode 32 der gedruckten Leiterplatte 31 ist festgelegt, dass die Spulenachsenlinienrichtung die Höhenrichtung ist und dass die Richtung senkrecht zu der Höhenrichtung in der formgebenden Fläche der Kopplungselektrode 32 die Breitenrichtung ist. Die T-förmige Kopplungselektrode 32 weist eine erste Elektrode 320, die sich in der Breitenrichtung der gedruckten Leiterplatte 31 erstreckt, und eine zweite Elektrode 321 auf, die sich in der Höhenrichtung der gedruckten Leiterplatte 31 erstreckt. Die zweite Elektrode 321 erstreckt sich in der Höhenrichtung im Wesentlichen aus der Mitte der ersten Elektrode 320 heraus. Die erste Elektrode 320 ist auf einer Kommunikationsseite in der Spulenachsenlinienrichtung der Kommunikationskopplungseinheit 30 ausgebildet.
Das koaxiale Verbindungsstück 33 verbindet die Schaltung 310 der gedruckten Leiterplatte 31 mit einem nicht dargestellten Kabel.
Die Kopplungselektrode 32 der Kommunikationskopplungseinheit 30 schneidet eine orthogonale Ebene P, die senkrecht zu der Spulenachsenlinienrichtung der Leistungsübertragungsspule 20 steht. Anders ausgedrückt, die Kopplungselektrode 32 ist nicht parallel zu der orthogonalen Ebene P, die senkrecht zu der Spulenachsenlinienrichtung ist. In der Ausführungsform ist die Kopplungselektrode 32 senkrecht zu der orthogonalen Ebene P, die senkrecht zu der Spulenachsenlinienrichtung steht, und enthält die Spulenachsenlinienrichtung in der Ebene der Kopplungselektrode 32.
Bei Betrachtung aus einer orthogonalen Richtung, die senkrecht zu der Spulenachsenlinienrichtung der Leistungsübertragungsspule 20 steht, ist die Kommunikationskopplungseinheit 30 an einer Position angeordnet, an der ein Endbereich 311 auf der Kommunikationsseite in der Spulenachsenlinienrichtung der Kommunikationskopplungseinheit 30 neben der Leistungsübertragungsspule 20 liegt. Das heißt, bei Betrachtung aus der orthogonalen Richtung, die senkrecht zu der Spulenachsenlinienrichtung ist, ist die Kommunikationskopplungseinheit 30 an einer Position angeordnet, an der der Endbereich 311 auf der Kommunikationsseite in der Spulenachsenlinienrichtung der Kommunikationskopplungseinheit 30 neben einem Endbereich 21 der Leistungsübertragungsspule 20 liegt, der dem Substrat 10 gegenüberliegt.
Eine Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1A ist, wie in 4 dargestellt ist, so angeordnet, dass sie einer weiteren Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1B in der Spulenachsenlinienrichtung zugewandt ist. Das heißt, die Kommunikationskopplungseinheit 30 der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1A und die Kommunikationskopplungseinheit 30 der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1B sind so angeordnet, dass sie einander zugewandt sind, so dass sie eine Kommunikation ausführen können, und die Leistungsübertragungsspule 20 der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1A und die Leistungsübertragungsspule 20 der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1B sind so angeordnet, dass sie einander zugewandt sind, so dass sie zur Übertragung elektrischer Leistung fähig sind. In diesem Falle ist es bevorzugt, dass die Kopplungselektrode 32 der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1A und die Kopplungselektrode 32 der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1B in der gleichen Ebene angeordnet sind. Die Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1A und die Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1B haben im Wesentlichen den gleichen Aufbau und fungieren, abhängig vom Anwendungsmodus, als eine Übertragungsseite, die ein elektrisches Signal überträgt, oder als eine Empfangsseite, die ein elektrisches Signal empfängt. Ferner fungieren die Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1A und die Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1B abhängig vom Anwendungsmodus als eine Leistungsübertragungsseite, die elektrische Leistung überträgt, oder als eine Leistungsempfangsseite, die die elektrische Leistung empfängt.
Ein Beispiel einer geometrischen Anordnung der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1A und der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1B ist im Folgenden beschrieben. Ein Kommunikationsabstand zwischen der Kommunikationskopplungseinheit 30 der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1A und der Kommunikationskopplungseinheit 30 der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1B ist beispielsweise maximal ungefähr 10 mm. Das heißt, ein Abstand Dc zwischen dem Endbereich 311 der Kommunikationskopplungseinheit 30 auf der Kommunikationsseite in der Spulenachsenlinienrichtung der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1A und dem Endbereich 311 der Kommunikationskopplungseinheit 30 auf der Kommunikationsseite in der Spulenachsenlinienrichtung der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1B beträgt maximal beispielsweise ungefähr 10 mm.
Wenn die Betrachtung aus der orthogonalen Richtung, die senkrecht zu der Spulenachsenlinienrichtung der Leistungsübertragungsspule steht, erfolgt und da der Endbereich 311 auf der Kommunikationsseite in der Spulenachsenlinienrichtung der Kommunikationskopplungseinheit 30 an einer Position neben dem Endbereich 21 der Leistungsübertragungsspule liegt, die auf der gegenüberliegenden Seite in Bezug zu dem Substrat 10 angeordnet ist, beträgt daher ein maximaler Abstand Dp zwischen dem Endbereich 21 der Leistungsübertragungsspule 20 in der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1A und dem Endbereich 21 der Leistungsübertragungsspule 20 in der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1B beispielsweise ungefähr 10 mm. Wenn der Abstand in der Spulenachsenlinienrichtung zwischen der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1A und der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1B sich von dem maximalen Abstand Dp (ungefähr 10 mm) unterscheidet, wird die Kommunikation der Kommunikationskopplungseinheiten 30 beeinflusst. Beispielsweise kann sich die Kommunikationsgeschwindigkeit der Kommunikationskopplungseinheit 30 reduzieren und es kann ein Fehler bei der Kommunikation der Kommunikationskopplungseinheiten 30 auftreten. Wenn der Abstand in der Spulenachsenlinienrichtung zwischen der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1A und der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1B gleich oder kleiner als der maximale Abstand Dp ist (ungefähr 10 mm), dann ist die Kommunikation der Kommunikationskopplungseinheiten 30 davon nicht beeinflusst.
Als Nächstes wird ein Beispiel der Funktion der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1 beschrieben. In der folgenden Beschreibung wird angenommen, dass die Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1A eine Übertragung eines elektrischen Signals und den Empfang elektrischer Leistung ausführt und dass die Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1B den Empfang des elektrischen Signals und die Übertragung der elektrischen Leistung ausführt.
Wenn ein elektrisches Signal aus einem mit dem koaxialen Verbindungsstück 33 verbundenem Kabel erhalten wird, sammelt die Kommunikationskopplungseinheit 30 der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1A elektrische Ladungen auf der Kopplungselektrode 32. In einem Zustand, in welchem die Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1A und die Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1B entsprechend einem Abstand von ungefähr 10 mm oder weniger einander zugewandt sind, überträgt die Kommunikationskopplungseinheit 30 der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1A die auf der Kopplungselektrode 32 angesammelten elektrischen Ladungen als ein elektrisches Signal an die Kommunikationskopplungseinheit 30 der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1B. Die Kommunikationskopplungseinheit 30 der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1B empfängt das von der Kommunikationskopplungseinheit 30 der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1A übertragene elektrische Signal und gibt das elektrische Signal über ein Kabel aus, das mit dem koaxialen Verbindungsstück 33 verbunden ist.
Eine nicht dargestellte AC-Leistungsquelle der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1B liefert elektrische Leistung an die Leistungsübertragungsspule 20 über die Leistungsübertragungsschaltung 12. Wenn ein elektrischer Strom durch die Leistungsübertragungsspule 20 fließt, wird ein magnetisches Feld erzeugt, und aufgrund einer elektromotorischen Kraft, die durch dieses magnetische Feld induziert wird, fließt ein elektrischer Strom durch die Leistungsübertragungsspule 20 der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1A.
Als Nächstes wird ein Anwendungsbeispiel der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1 beschrieben. 5 ist eine Schnittansicht, die ein Anwendungsbeispiel (Beispiel 1) der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit gemäß der Ausführungsform darstellt. 6 ist eine Schnittansicht, die ein Anwendungsbeispiel (Beispiel 2) der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit gemäß der Ausführungsform zeigt. Die in 5 und 6 dargestellten Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheiten 1 haben jeweils ein daran montiertes Gehäuse 40. Das Gehäuse 40 ist beispielsweise aus Kunstharz hergestellt und schützt die Leistungsübertragungsspule 20 und die Kommunikationskopplungseinheit 30, die auf dem Substrat 10 montiert sind.
Wie in 5 dargestellt ist, können in einem Zustand, in welchem keine Hindernisse zwischen der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1A und der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1B vorhanden sind, die Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1A und die Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1B kommunizierend so angeordnet werden, dass sie in der Spulenachsenlinienrichtung einander zugewandt sind. Sodann überträgt die Kommunikationskopplungseinheit 30 der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1A ein elektrisches Signal an die Kommunikationskopplungseinheit 30 der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1B. Die Kommunikationskopplungseinheit 30 der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1B empfängt das von der Kommunikationskopplungseinheit 30 der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1A übertragene elektrische Signal. Ferner überträgt durch Magnetfeldkopplung die Leistungsübertragungsspule 20 der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1B elektrische Leistung zu der Leistungsübertragungsspule 20 der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1A. Die Leistungsübertragungsspule 20 der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1A empfängt die von der Leistungsübertragungsspule 20 der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1B übertragene elektrische Leistung.
Ferner können, wie in 6 gezeigt ist, in einem Zustand, in welchem ein Hindernis 2, das ein nicht leitendes Element ist, zwischen der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1A und der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1B vorhanden ist, die Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1A und die Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1B kommunizierend so angeordnet werden, dass sie in der Spulenachsenlinienrichtung einander zugewandt sind.
Als Nächstes werden Temperaturänderungen in der Kommunikationskopplungseinheit 30 und der Leistungsübertragungsspule 20 beschrieben, wobei ein Vergleich zu einem Vergleichsbeispiel erfolgt. 7 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel des Aufbaus einer Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit gemäß einem Vergleichsbeispiel zeigt. 8 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Temperaturanstiegs (Abstand: 10 mm) gemäß dem Vergleichsbeispiel zeigt. 9 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Temperaturanstieg (Abstand: 10 mm) gemäß der Ausführungsform zeigt. 10 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Temperaturanstiegs (Abstand: 5 mm) gemäß dem Vergleichsbeispiel zeigt. 11 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Temperaturanstiegs (Abstand: 5 mm) gemäß der Ausführungsform zeigt. In 8 bis 11 repräsentiert die Ordinate die Temperatur und die Abszisse repräsentiert die Zeit (Minuten).
In dem Vergleichsbeispiel ist, wie in 7 dargestellt ist, eine Kopplungselektrode 52 einer Kommunikationskopplungseinheit 50 in einer Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 5 parallel zu der orthogonalen Ebene P, die senkrecht zu der Spulenachsenlinienrichtung der Leistungsübertragungsspule 20 steht, ausgebildet. Der Abstand in der Spulenachsenlinienrichtung zwischen der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 5 der Übertragungsseite in dem Vergleichsbeispiel und der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 5 der Empfangsseite beträgt ungefähr 10 mm. In diesem Falle betrug in dem Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheiten gemäß dem Vergleichsbeispiel, wie in 8 dargestellt ist, 15 Minuten nach Beginn der Übertragung eines elektrischen Signals die Temperatur der Kommunikationskopplungseinheit 50 der Übertragungsseite 95°C, und die Temperatur der Kommunikationskopplungseinheit 50 der Empfangsseite betrug 73°C. Ferner betrug 15 Minuten nach dem Beginn der Übertragung von elektrischer Leistung die Temperatur der Leistungsübertragungsspule 20 auf der Leistungsübertragungsseite 63°C und die Temperatur der Leistungsübertragungsspule 20 der Leistungsempfangsseite betrug 46°C. Die Übertragungseffizienz für elektrische Leistung betrug 84%.
Indessen betrug in der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform im Falle, dass der Abstand in der Spulenachsenlinienrichtung zwischen der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1A und der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1B bei ungefähr 10 mm lag, wie in 9 dargestellt ist, 15 Minuten nach Beginn der Übertragung eines elektrischen Signals die Temperatur der Kommunikationskopplungseinheit 30 auf der Übertragungsseite 31°C, und die Temperatur der Kommunikationskopplungseinheit 30 auf der Empfangsseite betrug 31°C. Ferner betrug 15 Minuten nach Beginn der Übertragung von elektrischer Leistung die Temperatur der Leistungsübertragungsspule 20 auf der Leistungsübertragungsseite 54°C und die Temperatur der Leistungsübertragungsspule 20 der Leistungsempfangsseite betrug 43°C. Die Übertragungseffizienz für elektrische Leistung betrug 89%.
In der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform war im Vergleich zu der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit in dem Vergleichsbeispiel die Temperatur der Kommunikationskopplungseinheit 30 auf der Übertragungsseite um 64°C reduziert und die Temperatur der Kommunikationskopplungseinheit 30 auf der Empfangsseite war um 42°C reduziert. Ferner war in der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform im Vergleich zu der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit in dem Vergleichsbeispiel die Temperatur der Leistungsübertragungsspule 20 auf der Leistungsübertragungsseite um 9°C reduziert und die Temperatur der Leistungsübertragungsspule 20 auf der Leistungsempfangsseite war um 3°C reduziert. In der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit gemäß der vorliegenden Ausführungsform war im Vergleich zu der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit in dem Vergleichsbeispiel die Übertragungseffizienz für elektrische Leistung um 5% verbessert.
Wenn der Abstand in der Spulenachsenlinienrichtung zwischen der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 5 auf der Übertragungsseite in dem Vergleichsbeispiel und der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 5 auf der Empfangsseite ungefähr 5 mm beträgt, wie in 10 gezeigt ist, betrug 15 Minuten nach Beginn der Übertragung eines elektrischen Signals die Temperatur der Kommunikationskopplungseinheit 50 auf der Übertragungsseite 59°C und die Temperatur der Kommunikationskopplungseinheit 50 auf der Empfangsseite betrug 80°C. Ferner betrug 15 Minuten nach Beginn der Übertragung von elektrischer Leistung die Temperatur der Leistungsübertragungsspule 20 auf der Leistungsübertragungsseite 68°C und die Temperatur der Leistungsübertragungsspule 20 auf der Leistungsempfangsseite betrug 57°C. Die Übertragungseffizienz für elektrische Leistung betrug 84%.
Indessen betrug in der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform im Falle, dass der Abstand in der Spulenachsenlinienrichtung zwischen der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1A und der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1B ungefähr 5 mm beträgt, wie in 11 dargestellt ist, nach 15 Minuten nach Beginn der Übertragung eines elektrischen Signals die Temperatur der Kommunikationskopplungseinheit 30 auf der Übertragungsseite 30°C und die Temperatur der Kommunikationskopplungseinheit 30 auf der Empfangsseite betrug 31°C. Ferner betrug 15 Minuten nach Beginn der Übertragung von elektrischer Leistung die Temperatur der Leistungsübertragungsspule 20 auf der Leistungsübertragungsseite 57°C und die Temperatur der Leistungsübertragungsspule 20 auf der Leistungsempfangsseite betrug 48°C. Die Übertragungseffizienz für elektrische Leistung betrug 88%.
In der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform war im Vergleich zu der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 5 in dem Vergleichsbeispiel die Temperatur der Kommunikationskopplungseinheit 30 auf der Übertragungsseite um 29°C reduziert und die Temperatur der Kommunikationskopplungseinheit 30 auf der Empfangsseite war um 49°C reduziert. Ferner war in der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform im Vergleich zu der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit in dem Vergleichsbeispiel die Temperatur der Leistungsübertragungsspule 20 auf der Leistungsübertragungsseite um 11°C reduziert und die Temperatur der Leistungsübertragungsspule 20 auf der Leistungsempfangsseite war um 9°C reduziert. In der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform war im Vergleich zu der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit in dem Vergleichsbeispiel die Übertragungseffizienz für elektrische Leistung um 4% erhöht.
Wie zuvor beschrieben ist, schneidet bei der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1 gemäß der Ausführungsform die Kopplungselektrode 32 der Kommunikationskopplungseinheit 30 die orthogonale Ebene P, die senkrecht zu der Spulenachsenlinienrichtung der Leistungsübertragungsspule 20 orientiert ist. Daher kann der Bereich der Kopplungselektrode 32, in welchem Wirbelströme, die durch das magnetische Feld der Leistungsübertragungsspule 20 erzeugt werden, fließen, verkleinert werden. Da die Wirbelströme, die zu der Kopplungselektrode 32 fließen, gedämpft werden können, kann somit der Temperaturanstieg der Kopplungselektrode 32 unterdrückt bzw. reduziert werden. Da ferner in der Leistungsübertragungsspule 20 der durch das magnetische Feld der Kopplungselektrode 32 hervorgerufene Einfluss gedämpft werden kann, können Wirbelströme, die zu der Leistungsübertragungsspule 20 fließen, gedämpft werden und der Temperaturanstieg in der Leistungsübertragungsspule 20 kann verringert werden. Da in der Leistungsübertragungsspule 20 der Einfluss, der von dem magnetischen Feld der Kopplungselektrode 32 ausgeübt wird, unterdrückt bzw. verringert werden kann, kann die Übertragungseffizienz für elektrische Leistung verbessert werden. Selbst wenn die Kopplungselektrode 32 nahe an dem magnetischen Feld der Leistungsübertragungsspule 20 liegt, kann ferner der Temperaturanstieg gedämpft bzw. verringert werden. Das heißt, bei Betrachtung aus der orthogonalen Richtung, die senkrecht zu der Spulenachsenlinienrichtung der Leistungsübertragungsspule 20 liegt, kann der Temperaturanstieg gedämpft werden, selbst wenn der Endbereich 311 auf der Kommunikationsseite in der Spulenachsenlinienrichtung der Kommunikationskopplungseinheit 30 an einer Position angeordnet ist, die neben dem Spulenendbereich 21 der Leistungsübertragungsspule 20 liegt, der dem Substrat 10 gegenüberliegt.
Ferner enthält die Kopplungselektrode 32 der Kommunikationskopplungseinheit 30 die Spulenachsenlinienrichtung in der Ebene der Kopplungselektrode 32. Da der Bereich der Kopplungselektrode 32, in welchem Wirbelströme fließen, minimiert werden kann, können somit die Wirbelströme, die in der Kopplungselektrode 32 fließen, auf ein Minimum reduziert werden.
Modifizierung
Als Nächstes wird eine Modifizierung der Ausführungsform beschrieben. Es wurde die Situation beispielhaft dargestellt, in der TransferJet (eingetragene Handelsmarke) verwendet wird, die eine drahtlose Übertragungstechnik für den Nahbereich ist. Jedoch können auch andere drahtlose Übertragungstechniken für den Nahbereich verwendet werden.
Ferner ist als Beispiel angegeben, dass die Kopplungselektrode 32 in einer T-Form ausgebildet ist. Jedoch kann die Kopplungselektrode 32 in einer beliebigen Form ausgebildet sein, solange sie eine Form hat, die für die Ausführung einer drahtlosen Kommunikation geeignet ist.
In dem Substrat 10 wird das isolierende Material 10a verwendet, das ein Ferrit enthält, der ein magnetischer Körper ist. Jedoch kann ein isolierendes Material verwendet werden, das keinen magnetischen Körper enthält. Wenn das isolierende Material 10a einen magnetischen Körper enthält, ist der magnetische Körper nicht auf Ferrit beschränkt.
Die Kopplungselektrode 32 muss nicht notwendigerweise senkrecht zu der orthogonalen Ebene P liegen, und es ist lediglich erforderlich, dass sie einen Winkel mit der orthogonalen Ebene P bildet. In diesem Falle ist es bevorzugt, dass die Kopplungselektrode 32 der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1A und die Kopplungselektrode 32 der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1B in der gleichen Ebene angeordnet sind. Die Kopplungselektrode 32 der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1A und die Kopplungselektrode 32 der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit 1B müssen nicht notwendigerweise in der gleichen Ebene angeordnet sein. Die Kopplungselektroden 32 können in der gleichen Ebene innerhalb eines Bereichs angeordnet sein, in welchem die Ausführung einer Kommunikation möglich ist.
Es ist das leitende Element der Kommunikationskopplungseinheit 30 als Beispiel angegeben, die die Kopplungselektrode 32 aufweist. Jedoch kann das leitende Element zusätzlich zu der Kopplungselektrode 32 auch die Schaltung 310 der gedruckten Leiterplatte 31 aufweisen. In diesem Falle kreuzt bzw. schneidet die Schaltung 310 der gedruckten Leiterplatte 31 die orthogonale Ebene P, die senkrecht zu der Spulenachsenlinienrichtung der Leistungsübertragungsspule 20 orientiert ist. Das heißt, die Schaltung 310 der gedruckten Leiterplatte 31 ist nicht parallel zu der orthogonalen Ebene P, die senkrecht zu der Spulenachsenlinienrichtung der Leistungsübertragungsspule 20 orientiert ist. Beispielsweise ist die Schaltung 310 der gedruckten Leiterplatte 31 senkrecht zu der orthogonalen Ebene P, die senkrecht zu der Spulenachsenlinienrichtung steht, und enthält die Spulenachsenlinienrichtung in der Ebene der Schaltung 310 der gedruckten Leiterplatte 31.
Da das leitende Element des Kommunikationsmoduls die orthogonale Ebene schneidet, die senkrecht zu der Spulenachsenlinienrichtung der Leistungsübertragungsspule steht, kann in der Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Temperaturanstieg in dem Kommunikationsmodul verringert werden.
Obwohl die Erfindung mit Bezug zu speziellen Ausführungsformen zum Zwecke einer vollständigen und klaren Offenbarung beschrieben ist, sind jedoch die angefügten Patentansprüche nicht darauf beschränkt, und sie sind so auszulegen, dass sie alle Modifizierungen und alternative Bauweisen umfassen, die sich für den Fachmann ergeben können und innerhalb der grundlegenden hierin angegebenen Lehre liegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2014-049479 [0002]

Claims

Eine Leistungsübertragungs-Kammunikationseinheit mit: einem Substrat, das eine Öffnung aufweist; einer Leistungsübertragungsspule, die spiralförmig um die Öffnung herum ausgebildet ist, auf einer Oberfläche des Substrats montiert ist, mit einer Schaltung des Substrats verbunden ist und eine kontaktlose Übertragung von elektrischer Leistung ausführt; und einem Kommunikationsmodul, das an der Öffnung montiert ist, ein leitendes Element, das in ebener Form ausgebildet ist, aufweist und eine drahtlose Kommunikation über das leitende Element ausführt, wobei das leitende Element des Kommunikationsmoduls eine orthogonale Ebene schneidet, die senkrecht zu einer Spulenachsenlinienrichtung der Leistungsübertragungsspule steht.
Die Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit nach Anspruch 1, wobei das leitende Element des Kommunikationsmoduls die Spulenachsenlinienrichtung in einer Ebene des leitenden Elements enthält.
Die Leistungsübertragungs-Kommunikationseinheit nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Kommunikationsmodul eine gedruckte Leiterplatte aufweist, und das leitende Element mit einer Schaltung der gedruckten Leiterplatte verbunden ist, in einem vorbestimmten Bereich auf mindestens einer Oberfläche der gedruckten Leiterplatte ausgebildet ist und eine Kopplungselektrode aufweist, die elektrische Ladungen sammelt.