DE112014000885T5

DE112014000885T5 - Elektromagnetische Induktionsspule

Info

Publication number: DE112014000885T5
Application number: DE112014000885.0T
Authority: DE
Inventors: Antony NGAHU
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2013-02-19
Filing date: 2014-02-18
Publication date: 2015-11-05
Also published as: US20180240585A1; US20150348692A1; US9978494B2; JP2014160702A; CN105074850A; WO2014129455A1; JP6282398B2

Abstract

Eine primäre elektromagnetische Induktionsspule (5), die einer primären Resonanzspule (6) in einem Paar aus einer primären und sekundären Resonanzspule (6, 7) Energie zuführt, welche kontaktlos eine Energieversorgung mittels Magnetfeldresonanz durchführen, umfasst einen Spulenhauptkörper (51) und einen Keil (W), der einen Endbereich des Spulenhauptkörpers (51) anbringt, um den Endbereich von anderen Bereichen zu trennen. Durch Einstellen einer Position des Keils (W) und einer Anzahl von Windungen des Spulenhauptkörpers (51) kann ein Impedanzabgleich erreicht werden.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromagnetische Induktionsspule. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine elektromagnetische Induktionsspule, die in einer kontaktlosen Energieversorgung des Resonanztyps eingesetzt wird.
Hintergrund der Erfindung
In vergangenen Jahren wurde eine drahtlose Energieversorgung, die kein Versorgungskabel und kein Übertragungskabel verwendet, als ein Energieversorgungssystem in Betracht gezogen, das eine auf einem Hybridautomobil oder einem elektrischen Automobil angebrachte Batterie mit Energie versorgt. Eine Technik vom Resonanztyps ist als eine der Techniken zur drahtlosen Energieversorgung bekannt.
Zum Beispiel wurde ein in 15 dargestelltes Versorgungssystem als Energieversorgungssystem vom Resonanztyp vorgeschlagen (Patentliteratur 1). Gemäß der Darstellung in 15 umfasst ein Energieversorgungssystem 100 eine Primärspuleneinheit 101 und eine Sekundärspuleneinheit 103. Die Primärspuleneinheit 102 ist auf dem Boden oder dergleichen von Energieversorgungsvorrichtungen installiert, die eine AC(Wechselstrom)-Energieversorgung 101 aufweisen, um von der AC-Energieversorgung 101 kontaktlos Energie bereitzustellen. Die Sekundärspuleneinheit 103 ist auf einem Fahrzeug angebracht, um von der Primärspuleneinheit 102 kontaktlos Energie zu empfangen.
Die Primärspuleneinheit 102 umfasst eine primäre (Energieversorgungsseite) elektromagnetische Induktionsspule 194, eine primäre Resonanzspule 105 und einen Primärkondensator C1. Die primäre elektromagnetische Induktionsspule 104 ist mit der AC-Energieversorgung 101 verbunden. Die primäre Resonanzspule 105 wird von der primären elektromagnetischen Induktionsspule 104 durch elektromagnetische Induktion mit Energie versorgt. Der Primärkondensator C1 ist mit der primären Resonanzspule 105 zur Einstellung einer Resonanzfrequenz verbunden.
Die Sekundärspuleneinheit 103 umfasst eine sekundäre (Leistungsaufnahmeseite) Resonanzspule 106, eine sekundäre elektromagnetische Induktionsspule 107 und einen Sekundärkondensator C2. Die sekundäre Resonanzspule 106 führt mit der primären Resonanzspule 105 eine Magnetfeldresonanz durch. Die sekundäre elektromagnetische Induktionsspule 104 wird von der sekundären Resonanzspule 106 durch elektromagnetische Induktion mit Energie versorgt und ist mit einer Last 108 verbunden. Der Sekundärkondensator C2 ist mit der sekundären Resonanzspule 106 zur Einstellung der Resonanzfrequenz verbunden.
Gemäß dem oben beschriebenen Energieversorgungssystem 100 wird die Leistung durch elektromagnetische Induktion an die primäre Resonanzspule 105 übertragen, wenn der primären elektromagnetischen Induktionsspule 104 von dem AC-Versorgungssystem 101 Energie zugeführt wird. Demzufolge wird eine magnetische Feldresonanz zwischen der primären Resonanzspule 105 und der sekundären Resonanzspule 106 hervorgerufen. Entsprechend erfolgt eine drahtlose Übertragung von Energie von der primären Resonanzspule 105 zu der sekundären Resonanzspule 106. Darüber hinaus wird die an die sekundäre Resonanzspule 106 übermittelte Energie durch elektromagnetische Induktion an die sekundäre elektromagnetische Induktionsspule 107 übertragen. An der die mit der sekundären elektromagnetischen Induktionsspule 107 verbundenen Last 108 wird Energie bereitgestellt.
Wenn das Energieversorgungssystem 100 an Energieversorgungseinrichtungen oder einem Fahrzeug angebracht ist, können jedoch eine Änderung im Abstand zwischen den Resonanzspulen 105 und 106 (im Nachhinein als „Zwischenspulenabstand” abgekürzt) und Abweichungen in der Position der Resonanzspulen 105 und 106 auftreten. Das Auftreten von Änderungen im Abstand und in der Position bewirkt einen Fehlabgleich in der Impedanz. Konsequenterweise wird Leistung reflektiert, was zu einer niedrigeren Übertragungseffizienz führt.
Dies wird nun ausführlicher mit Bezug auf die 16 und 17 beschrieben. In dem Energieversorgungssystem 100 wird eine Impedanzeinstellung zur Optimierung der Transmissionseffizienz bei einem Zwischenspulenabstand von 200 mm durchgeführt. 16 stellt einen Graphen dar, der Frequenzcharakteristiken eines S-Parameters S21 zwischen den Resonanzspulen 105 und 106 in jedem der Fälle darstellt, in denen der Zwischenspulenabstand zu 100 mm, 200 mm, 300 mm und 400 mm in dem der Impedanzeinstellung unterzogenen Energieversorgungssystem festgelegt ist. In dem Energieversorgungssystem 100 wird eine Impedanzeinstellung zur Optimierung der Übertragungseffizienz bei 200 mm durchgeführt. 17 ist ein Graph, der die Übertragungseffizienz zwischen den Resonanzspulen 105 und 106 als eine Funktion des Zwischenspulenabstands im Energieversorgungssystem 100 darstellt, das der Impedanzeinstellung unterzogen wird.
Falls der Zwischenspulenabstand in dem herkömmlichen Energieversorgungssystem 100 größer wird als 200 mm, wird eine Kopplung zwischen den Resonanzspulen 105 und 106 entsprechend schwach und der S-Parameter S21 nimmt ab, was zu einer erniedrigten Übertragungseffizienz führt, wie in 17 dargestellt ist. Falls der Zwischenspulenabstand kleiner wird als 200 mm, wird die Kopplung zwischen den Resonanzspulen 105 und 106 entsprechend zu stark und es treten Biresonanzcharakteristiken auf, wie in 16 dargestellt ist. Es ergibt sich, dass sich der S-Parameter S21 bei einer Übertragungsfrequenz (eine Frequenz der AC-Energieversorgung 101) verringert und die Übertragungseffizienz abnimmt.
Als Gegenmaßnahme gegen die oben beschriebene Abweichung im Zwischenspulenabstand und in der Position wird für gewöhnlich in der Primärspuleneinheit 102 oder der Sekundärspuleneinheit 103 (oder in einigen Fällen sowohl in der Primärspuleneinheit 102, als auch der Sekundärspuleneinheit 103) eine Abgleichschaltung zur Durchführung einer Impedanzabgleichung in Betracht gezogen. In der Abgleichschaltung ist ein variabler Kondensator vorgesehen. Eine Impedanzabgleichung kann durch Ändern einer Kapazität erfolgen.
In einem Fall, in dem die Frequenz der Übertragungsfrequenz im kHz-Bereich liegt, ist jedoch ein Kondensator mit großer Kapazität erforderlich. Die Verwendung eines Filmkondensators oder eines Keramikkondensators ist unvermeidlich. Es besteht jedoch ein Problem darin, dass es schwierig ist, den Filmkondensator oder einen Keramikkondensator variabel zu machen.
Zitierungsliste
Patentliteratur

Patentliteratur 1: JP 2009-501510 A

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Es ist folglich eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine elektromagnetische Induktionsspule bereitzustellen, die in einem Energieversorgungssystem verwendet wird, das zur Durchführung einer Impedanzeinstellung und zur Aufrechterhaltung einer hohen Effizienz in der Lage ist, ohne von einem variablen Kondensator abzuhängen.
Lösung des Problems
Um die obige Aufgabe zu erfüllen, eine Spule, gemäß einem ersten Aspekt, die als wenigstens eine Spule von einem Paar von Resonanzspulen dient, die eine kontaktlose Energieversorgung durch Magnetfeldresonanz durchführen, eine elektromagnetische Induktionsspule, die eine Energieversorgungsseite des Paars von Resonanzspulen mit Energie versorgt, oder eine elektromagnetische Induktionsspule, die von einer Energieaufnahmeseite des Paars von Resonanzspulen mit Leistung versorgt wird. Die Spule weist einen Spulenhauptkörper und einen Einstellmechanismus auf, der zur Einstellung einer Anzahl von Windungen des Spulenhauptkörpers ausgebildet ist.
Vorzugsweise besteht der Einstellmechanismus, gemäß einem zweiten Aspekt, aus einem Anbringungsbereich zum Anbringen eines Endbereichs des Spulenhauptkörpers und zum Trennen des Endbereichs von anderen Bereichen.
Gemäß einem dritten Aspekt weist der Anbringungsbereich vorzugsweise eine geneigte Ebene auf, die sich bei Annäherung einer Position an den Endbereich des Spulenhauptkörpers erhöht. Der Endbereich des Spulenhauptkörpers ist an der geneigten Ebene angebracht.
Gemäß einem vierten Aspekt umfasst der Einstellmechanismus einen Zurückdrehbereich, der durch Zurückwinden eines Bereichs des Spulenhauptkörpers bereitgestellt wird.
Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung ist der Zurückdrehbereich auf einem Endbereich des Spulenhauptkörpers vorgesehen.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung des ersten Aspekts kann eine Impedanz durch Einstellen der Anzahl von Windungen des Spulenhauptkörpers über den Einstellmechanismus eingestellt werden. Demzufolge kann eine Impedanzeinstellung durchgeführt werden, ohne dass man auf einen variablen Kondensator angewiesen ist. Konsequenterweise kann eine leiterlose Energieversorgung mit hoher Effizienz durchgeführt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung des zweiten Aspekts kann die Impedanz einfach durch Einstellen der Länge des Zurückdrehbereichs eingestellt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung des dritten Aspekts kann der Endbereich des Spulenkörpers von anderen Bereichen behutsam getrennt werden. Demzufolge liegt an dem Spulenhauptkörper keine Last an.
Gemäß der vorliegenden Erfindung des vierten Aspekts kann die Impedanz leicht durch Einstellen der Länge des Zurückdrehbereichs eingestellt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung des fünften Aspekts kann der Zurückdrehbereich einfach bereitgestellt werden.
Kurze Beschreibung der Figuren
1 ist ein Diagramm, das ein Energieversorgungssystem mit einer elektromagnetischen Induktionsspule gemäß der vorliegenden Erfindung in einer ersten Ausführungsform darstellt;
2 ist ein Diagramm, das eine Modifikation des Energieversorgungssystems in der ersten Ausführungsform darstellt;
3 ist ein Diagramm, das eine Modifikation des Energieversorgungssystems in der ersten Ausführungsform darstellt;
4 ist ein Diagramm, das eine Modifikation des Energieversorgungssystems in der ersten Ausführungsform darstellt;
5 ist ein Diagramm, das eine Modifikation des Energieversorgungssystems in der ersten Ausführungsform darstellt;
6 ist ein Diagramm, das eine Modifikation des Energieversorgungssystems in der ersten Ausführungsform darstellt;
7 ist ein Diagramm, das ein Energieversorgungssystem mit einer elektromagnetischen Induktionsspule gemäß der vorliegenden Erfindung in einer zweiten Ausführungsform darstellt;
8 ist ein Graph, der Ergebnisse darstellt, die durch eine tatsächliche Messung der Übertragungseffizienz als einer Funktion des Zwischenspulenabstands bezüglich eines herkömmlichen Artikels und eines Artikels gemäß der Erfindung mit einem Zurückdrehbereich darstellt;
9 ist ein Graph, der Ergebnisse darstellt, die durch eine eigentliche Messung der Leistungsverlustrate als einer Funktion des Zwischenspulenabstands bezüglich eines herkömmlichen Artikels und eines Artikels gemäß der vorliegenden Erfindung mit dem Zurückdrehbereich darstellt;
10 ist ein Diagramm, das eine Modifikation des Energieversorgungssystems in der zweiten Ausführungsform darstellt;
11 ist ein Diagramm, das eine Modifikation des Energieversorgungssystems in der zweiten Ausführungsform darstellt;
12 ist ein Diagramm, das eine Modifikation des Energieversorgungssystems in der zweiten Ausführungsform darstellt;
13 ist ein Diagramm, das eine Modifikation des Energieversorgungssystems in der zweiten Ausführungsform darstellt;
14 ist ein Diagramm, das eine Modifikation des Energieversorgungssystems in der zweiten Ausführungsform darstellt;
15 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines herkömmlichen Energieversorgungssystems darstellt;
16 ist ein Graph, der Frequenzkennlinien eines S-Parameters S21 zwischen Resonanzspulen in den Fällen darstellt, in denen der Zwischenspulenabstand in einem Energieversorgungssystem, das einer Impedanzeinstellung zur Optimierung der Übertragungseffizienz bei einem Zwischenspulenabstand von 200 mm unterzogen wird, zu 100 mm, 200 mm, 300 mm und 400 mm festgelegt ist; und
17 ist ein Graph, der die Übertragungseffizienz zwischen Resonanzspulen als eine Funktion des Zwischenspulenabstands in einem Energieversorgungssystem darstellt, das einer Impedanzeinstellung zur Optimierung der Übertragungseffizienz bei einem Zwischenspulenabstand von 200 mm unterzogen wird.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Erste Ausführungsform
Nachfolgend wird ein Energieversorgungssystem mit einer elektromagnetischen Induktionsspule gemäß der vorliegenden Erfindung in einer ersten Ausführungsform mit Bezug auf 1 beschrieben. Gemäß der Darstellung in 1 umfasst ein Energieversorgungssystem 1 eine Primärspuleneinheit 3 und eine Sekundärspuleneinheit 4. Die Primärspuleneinheit 3 ist auf dem Boden oder dergleichen von Energieversorgungseinrichtungen installiert, die eine AC-Energieversorgung 2 aufweisen, um von der AC-Energieversorgung 2 Energie bereitzustellen. Die Sekundärspuleneinheit 4 ist an einem Fahrzeug angebracht, um von der Primärspuleneinheit 3 kontaktlos Energie aufzunehmen.
Die Primärspuleneinheit 3 umfasst eine primäre elektromagnetische Induktionsspule 5, eine primäre Resonanzspule 6 und einen Primärkondensator C1. Die primäre elektromagnetische Induktionsspule 5 ist mit der AC-Energieversorgung 2 verbunden. Die primäre Resonanzspule 6 wird von der primären elektromagnetischen Induktionsspule 5 durch elektromagnetische Induktion mit Energie versorgt. Der primäre Kondensator C1 ist mit der primären Resonanzspule 6 zur Einstellung der Resonanzfrequenz verbunden. Die primäre elektromagnetische Induktionsspule 5 entspricht einer elektromagnetischen Induktionsspule und einer Spule in den Ansprüchen. In den Ansprüchen entspricht die primäre Resonanzspule 6 einer energieversorgungsseitigen Spule in einem Paar von Resonanzspulen.
Die Sekundärspuleneinheit 4 umfasst eine sekundäre Resonanzspule 7, eine sekundäre elektromagnetische Induktionsspule 9 und einen sekundären Kondensator C2. Die sekundäre Resonanzspule 7 führt mit der primären Resonanzspule 6 eine magnetische Feldresonanz durch. Die sekundäre elektromagnetische Induktionsspule 9 funktioniert wie eine elektromagnetische Induktionsspule, die von der sekundären Resonanzspule 7 durch elektromagnetische Induktion mit Energie versorgt wird und mit einer Last 8 verbunden ist. Der sekundäre Kondensator C2 ist zur Einstellung der Resonanzfrequenz mit der sekundären Resonanzspule 7 verbunden. Die sekundäre elektromagnetische Induktionsspule 9 entspricht einer elektromagnetischen Induktionsspule in den Ansprüchen. In den Ansprüchen entspricht die sekundäre Resonanzspule 7 einer aufnahmeseitigen Spule in einem Paar von Resonanzspulen.
Die primäre elektromagnetische Induktionsspule 5, die primäre Resonanzspule 6, die sekundäre Resonanzspule 7 und die sekundäre elektromagnetische Induktionsspule 9 sind jeweils auf einem Halteelement, wie z. B. einem nicht dargestellten Substrat, in einer Spiralform aufgewickelt und gebildet. Die primäre elektromagnetische Induktionsspule 5 und die primäre Resonanzspule 6 sind auf derselben Achse zueinander beabstandet angeordnet. Die primäre elektromagnetische Induktionsspule 5 und die primäre Resonanzspule 6 sind angeordnet, so dass sie eine Achsenrichtung entlang einer Richtung aufweisen, in der die Primärspuleneinheit 3 und die Sekundärspuleneinheit 4 einander gegenüber liegen, insbesondere entlang einer vertikalen Richtung.
Die sekundäre Resonanzspule 7 und die sekundäre elektromagnetische Induktionsspule 9 sind auch auf der gleichen Achse voneinander beabstandet angeordnet und sind angeordnet, so dass sie eine Achsenrichtung entlang der vertikalen Richtung aufweisen. Wenn die Primärspuleneinheit 3 und die Sekundärspuleneinheit 4 einander gegenüber liegen, sind die primäre elektromagnetische Induktionsspule 5, die primäre Resonanzspule 6, die sekundäre Resonanzspule 7 und die sekundäre elektromagnetische Induktionsspule 9 folglich auf der gleichen Achse angeordnet.
Gemäß dem oben beschriebenen Energieversorgungssystem 1 wird auf die gleiche Weise Energie durch elektromagnetische Induktion an die primäre Resonanzspule 6 übertragen, wie im herkömmlichen System, wenn von der AC-Energieversorgung 2 Energie für die primäre elektromagnetische Induktionsspule 5 bereitgestellt wird. Folglich wird eine magnetische Feldresonanz zwischen der primären Resonanzspule 6 und der sekundären Resonanzspule 7 hervorgerufen. Entsprechend erfolgt eine drahtlose Übertragung von Energie von der primären Resonanzspule 6 zu der sekundären Resonanzspule 7. Darüberhinaus wird die Leistung, die von der sekundären Resonanzspule 7 gesendet wird, durch elektromagnetische Induktion an die sekundäre elektromagnetische Induktionsspule 9 gesendet. Die Energie wird der Last 8 zugeführt, die mit der sekundären elektromagnetischen Induktionsspule 9 verbunden ist.
Es wird nun ein Beispiel der primären elektromagnetischen Induktionsspule 5 beschrieben, die ein Merkmal der vorliegenden Erfindung ist. Die primäre elektromagnetische Induktionsspule 5 umfasst einen Spulenhauptkörper 51 und einen Keil W, der als Einstellmechanismus zur Einstellung einer Anzahl von Windungen des Spulenhauptkörpers dient, die einen ersten Endbereich (in der vorliegenden Ausführungsform einen äußeren Endbereich) des Spulenhauptkörpers 51 anbringen und den ersten Endbereich von anderen Bereichen trennen. Der Einstellmechanismus besteht aus einem Anbringungsbereich. Der Spulenhauptkörper 51 umfasst ein flexibles Drahtmaterial. Der Spulenhauptkörper 51 ist auf einem Halteelement angeordnet, wie z. B. ein nicht dargestelltes Substrat, wie vorangehend beschrieben ist. Das flexible Drahtmaterial ist in einer kreisförmigen Spiralform gewickelt.
Der Keil W ist auf einer flachen Platte angebracht, auf der der Spulenhauptkörper 51 angeordnet ist. Der Keil W wird in einer näherungsweisen Quaderform bereitgestellt. Der Keil W ist in einer länglichen Form entlang einer Windungsrichtung Y1 des Spulenhauptkörpers 51 vorgesehen. Der Keil W ist bereitgestellt, um sich entlang der Windungsrichtung Y1 zu krümmen. An dem Keil W ist eine geneigte Ebene W1 vorgesehen. Bei Annäherung der Position an den ersten Endbereich des Spulenhauptkörpers 51 wird die geneigte Ebene W1 höher. Auf der geneigten Ebene W1 ist zur Aufnahme des ersten Endbereichs des Spulenhauptkörpers 51 eine linienförmige Aufnahmenut W2 vorgesehen. Der erste Endbereich des Spulenhauptkörpers 51 ist in die linienförmige Aufnahmenut W2 aufgenommen.
Der erste Endbereich des Spulenhauptkörpers 51, der einen an dem Keil W angebrachten Bereich darstellt, ist von anderen Bereichen in einer Höhenrichtung getrennt. Demzufolge leistet der Bereich des Spulenhauptkörpers 51, der an dem Keil W angebracht ist, keinen Beitrag zur Funktion, die als Spule dargestellt wird. Falls der Keil W zu einer Seite bewegt wird, die von dem ersten Endbereich des Spulenhauptkörpers 51 entfernt ist, bewegt sich der Keil W in 1 im Uhrzeigersinn. Demzufolge nimmt die Länge eines an dem Keil W angebrachten Endbereichs des Spulenhauptkörpers 51 zu und die Anzahl von Windungen des Spulenhauptkörpers 51 kann verringert werden.
In einigen Fällen ist ein Zwischenspulenabstand D z. B. aufgrund einer Installationsumgebung der Primärspuleneinheit 3 und der Sekundärspuleneinheit 4 groß. In diesem Fall wird der Keil W in 1 im Uhrzeigersinn bewegt, um die Anzahl von Windungen des Spulenhauptkörpers 51 in dem oben beschriebenen Energieversorgungssystem 1 zu verringern. Demzufolge kann durch Verringern der Anzahl von Windungen des Spulenhauptkörpers 51 ein Impedanzabgleich erreicht werden, d. h. eine Induktivität L und eine gemeinsame Induktivität M. Andererseits wird die Anzahl von Windungen des Spulenhauptkörpers 51 durch Bewegen des Keils in 1 entgegen dem Uhrzeigersinn erhöht, wenn der Zwischenspulenabstand D klein ist.
Im Ergebnis kann ein Impedanzabgleich durch Erhöhen der Anzahl von Windungen des Spulenhauptkörpers 51 erreicht werden, insbesondere die Induktivität L und die gemeinsame Induktivität M, um die Biresonanzcharakteristiken zu eliminieren. Es ist demzufolge möglich eine Impedanzeinstellung vorzunehmen und eine Energieversorgung ohne einen variablen Kondensator mit hoher Effizienz kontaktlos durchzuführen. Weiterhin kann die Impedanz einfach durch Bewegen des Keils W eingestellt werden.
Gemäß dem oben beschriebenen Energieversorgungssystem 1 wird die geneigte Ebene W1, die mit Erreichen des ersten Endbereichs des Spulenhauptkörpers 51 höher wird, an der Kante W bereitgestellt und der erste Endbereich des Spulenhauptkörpers 51 ist an der geneigten Ebene W1 angebracht. Folglich kann der Endbereich des Spulenhauptkörpers 51 von anderen Bereichen behutsam getrennt werden und konsequenterweise wird auf den Spulenhauptkörper 51 keine Last ausgeübt.
In der oben beschriebenen ersten Ausführungsform wird der Keil W in der primären elektromagnetischen Induktionsspule 5 bereitgestellt, die in Spiralform gewickelt ist. Jedoch ist die Gestalt einer Spule, in der der Keil W bereitgestellt werden kann, nicht darauf beschränkt. Die Gestalt der Spule kann eine andere wohlbekannte Gestalt sein. Es kann z. B. der Keil W in der primären elektromagnetischen Induktionsspule 5 bereitgestellt werden, die in einer Form einer Schraube gewickelt ist, wie in 2 dargestellt ist. Der Keil W ist auf einem Halteelement (nicht dargestellt) angebracht, das den Spulenhauptkörper 51 der primären elektromagnetischen Induktionsspule 5 haltert, wie z. B. eine Spule in derselben Art wie die erste Ausführungsform. In 2 sind die primäre Resonanzspule 6, die sekundäre Resonanzspule 7 und die sekundäre elektromagnetische Induktionsspule 9 auch in Form einer Schraube gewickelt und gebildet. In diesem Fall können Effekte ähnlich denen in der ersten Ausführungsform erhalten werden.
In der oben beschriebenen ersten Ausführungsform und der in 2 dargestellten Modifizierung ist nur der erste Endbereich des Spulenhauptkörpers 51 am Keil angebracht. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf begrenzt. An dem Keil W kann nur ein zweiter Endbereich des Spulenhauptkörpers 51 angebracht sein. An dem Keil W können beide Endbereiche des Spulenhauptkörpers 51 angebracht sein.
In der oben beschriebenen ersten Ausführungsform und der in 2 dargestellten Modifizierung wird der Keil W nur in der primären elektromagnetischen Induktionsspule 5 bereitgestellt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Der Keil W kann z. B. nur in der sekundären elektromagnetischen Induktionsspule 9 vorgesehen sein. Der Keil W kann in der primären elektromagnetischen Induktionsspule 5 und der sekundären elektromagnetischen Induktionsspule 9 vorgesehen sein.
In der oben beschriebenen ersten Ausführungsform und der in 2 dargestellten Modifizierung werden jeweils die primäre elektromagnetische Induktionsspule 5, die primäre Resonanzspule 6, die sekundäre Resonanzspule 7 und die sekundäre elektromagnetische Induktionsspule 9 bereitgestellt, so dass sie eine Achse in der vertikalen Richtung aufzuweisen. Eine Anordnung der Spulen ist jedoch nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel können die Spulen angeordnet sein, wie in 3 dargestellt ist.
Gemäß der Darstellung in 3 sind die primäre elektromagnetische Induktionsspule 5 und die primäre Resonanzspule 6 um einen flachen plattenförmigen Primärkern 10 in Form einer Schraube gewickelt. Folglich sind die primäre elektromagnetische Induktionsspule 5 und die primäre Resonanzspule 6 auf der gleichen Achse angeordnet. Die sekundäre Resonanzspule 7 und die sekundäre elektromagnetische Induktionsspule 9 sind auch um einen plattenförmigen Sekundärkern 11 in Form einer Schraube gewickelt. Folglich sind die sekundäre Resonanzspule 7 und die sekundäre elektromagnetische Induktionsspule 9 auf der gleichen Achse angeordnet.
Der Primärkern 10 und der Sekundärkern 11 sind Seite an Seite parallel zueinander angeordnet. Demzufolge ist eine Achse von jeweils der primären elektromagnetischen Induktionsspule 5, der primären Resonanzspule 6, der sekundären Resonanzspule 7 und der sekundären elektromagnetischen Induktionsspule 9 in einer horizontalen Richtung angeordnet. Die horizontale Richtung ist eine Richtung senkrecht zu einer Richtung, in der die primäre Spuleneinheit 3 und die sekundäre Spuleneinheit 4 einander gegenüber liegen.
Die oben beschriebene primäre elektromagnetische Induktionsspule 5 umfasst einen Spulenhauptkörper 51 und einen Keil W in der gleichen Art, wie die erste Ausführungsform. Der Keil W ist an dem Primärkern 10 angebracht, der ein Halteelement darstellt. Der Keil W ist in einer länglichen Form entlang einer Windungsrichtung des Spulenhauptkörpers 51 vorgesehen. Der Keil W ist in einer geradlinigen Form entlang der Windungsrichtung bereitgestellt. An dem Keil W ist eine geneigte Ebene W1 bereitgestellt. Die geneigte Ebene W1 wird mit Annäherung der Position an einen ersten Endbereich des Spulenhauptkörpers 51 höher. Auf der geneigten Ebene W1 ist zur Aufnahme des Endbereichs des Spulenhauptkörpers 51 eine linienförmige Aufnahmenut W2 vorgesehen. Der Endbereich des Spulenhauptkörpers 51 ist in die linienförmige Aufnahmenut W2 aufgenommen.
In der in 3 dargestellten Modifizierung ist in der sekundären elektromagnetischen Induktionsspule 9 auch ein Keil W vorgesehen, um einen ersten Endbereich eines Spulenhauptkörpers 91 einzubauen und den ersten Endbereich von anderen Bereichen zu trennen. In der in 3 dargestellten Modifizierung kann ein Impedanzabgleich durch Bewegen des Keils W in der gleichen Art, wie in der ersten Ausführungsform, und durch Ändern der Anzahl von Windungen von jedem der Spulenhauptkörpers 51 und 91 erreicht werden.
In der in 3 dargestellten Modifizierung werden die Keile W in der primären elektromagnetischen Induktionsspule 5 und der sekundären elektromagnetischen Induktionsspule 9 vorgesehen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf begrenzt. Der Keil W kann nur in der primären elektromagnetischen Induktionsspule 5 vorgesehen sein. Alternativ kann der Keil W nur in der sekundären elektromagnetischen Induktionsspule 9 bereitgestellt werden.
In der oben beschriebenen ersten Ausführungsform und den Modifizierungen davon sind die primären und sekundären elektromagnetischen Induktionsspulen 5 und 9 jeweils am Keil W angebracht. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf begrenzt. Gemäß der Darstellung in 4 können z. B. die Resonanzspulen 6 und 7 entsprechend die Spulenhauptkörper 61 und 71 umfassen und die Keile W aufweisen. In dem in 4 dargestellten Beispiel sind die Resonanzspulen 6 und 7 in einer Spiralform gebildet. Die Keile W können jedoch gemäß der Darstellung in 5 in schraubenförmigen Resonanzspulen 6 und 7 bereitgestellt sein. Die Keile W können gemäß der Darstellung in 6 in Resonanzspulen 6 und 7 mit Achsen bereitgestellt werden, die in der horizontalen Richtung angeordnet sind.
Folglich wird angenommen, dass die Resonanzfrequenz der Resonanzspulen 6 und 7 nicht nur aufgrund der Variation des Zwischenspulenabstands D variiert, sondern auch durch Änderungen in der Herstellung der Resonanzspulen 6 und 7, der Kondensatoren C1 und C2, Ferrite und Spulenkörpern. Es ist jedoch möglich die Resonanzfrequenz durch Einstellen der Position des Keils W zu modifizieren, um die Induktivität der Resonanzspulen 6 und 7 einzustellen. Folglich kann eine Impedanzeinstellung durchgeführt werden.
In dem Keil W in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform und in Modifizierungen davon sind die geneigte Ebene W1 und die linienförmige Aufnahmenut W2 vorgesehen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht hierauf begrenzt. Die geneigte Ebene W1 und die linienförmige Aufnahmenut W2 können nicht vorgesehen sein.
Zweite Ausführungsform
Es wird nun ein Energieversorgungssystem 1 mit einer elektromagnetischen Induktionsspule gemäß der vorliegenden Erfindung in einer zweiten Ausführungsform mit Bezug auf 7 beschrieben. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform in der Ausgestaltung des Einstellmechanismus. Andere Bereiche sind ähnlich denen in der ersten Ausführungsform, die in 1 dargestellt ist. Demzufolge wird von einer detaillierten Beschreibung der anderen Bereiche abgesehen. In der ersten Ausführungsform wird der Keil W als Einstellmechanismus vorgesehen. In der zweiten Ausführungsform wird ein Zurückdrehbereich T zum Einstellmechanismus, der durch ein Zurückwinden eines ersten Endbereichs eines Spulenhauptkörpers 51 bereitgestellt ist.
In dem Zurückdrehbereich T heben sich magnetische Flüsse erzeugt von einem Bereich entlang einer Windungsrichtung und eines Bereichs entlang einer Rückwindungsrichtung auf, die nahe beieinander sind. Folglich trägt der Zurückdrehbereich nicht zur Funktion bei, die eine Spule darstellt. Falls der Zurückdrehbereich T groß gemacht wird, kann folglich die Anzahl von Windungen des Spulenhauptkörpers 51 verringert werden. Auf der anderen Seite kann die Anzahl von Windungen des Spulenhauptkörpers 51 erhöht werden, wenn der Zurückdrehbereich T verkleinert wird.
In einigen Fällen ist ein Zwischenspulenabstand D z. B. aufgrund einer Installationsumgebung der Primärspuleneinheit 3 und der Sekundärspuleneinheit 4 groß. In diesem Fall wird der Zurückdrehbereich T vergrößert, um die Anzahl von Windungen des Spulenhauptkörpers 51 in dem oben beschriebenen Energieversorgungssystem 1 zu verringern. Folglich kann ein Impedanzabgleich durch Verringern der Anzahl von Windungen des Spulenhauptkörpers 51, d. h. einer Induktivität L und einer gemeinsamen Induktivität M, erreicht werden. Auf der anderen Seite wird in einem Fall, in dem der Zwischenspulenabstand D klein ist, die Anzahl von Windungen des Spulenhauptkörpers 51 durch Verkleinern des Zurückdrehbereichs T erhöht. Folglich kann ein Impedanzabgleich durch Erhöhen der Anzahl von Windungen des Spulenhauptkörpers 51 erreicht werden, d. h. der Induktivität L und der gemeinsamen Induktivität M, um die Biresonanzcharakteristiken zu eliminieren. Im Ergebnis ist es möglich eine Impedanzeinstellung und eine kontaktlose Energieversorgung mit großer Effizienz ohne einen variablen Kondensator durchzuführen. Die Impedanz kann weiterhin einfach durch Einstellen der Länge des Zurückdrehbereichs T eingestellt werden.
Gemäß dem oben beschriebenen Energieversorgungssystem 1 kann der Zurückdrehbereich T leicht durch Bereitstellung des Zurückdrehbereichs T in dem Endbereich des Spulenhauptkörpers 51 vorgesehen werden.
In dem Zurückdrehbereich T heben sich magnetische Flüsse hervorgerufen durch den Bereich entlang der Windungsrichtung und dem Bereich entlang der Zurückwindungsrichtung auf, die nahe beieinander sind. Demzufolge kann der gleiche Effekt mit einer Länge erreicht werden, die gleich der Hälfte der Anbringungslänge des Keils W ist.
Die Erfinder haben tatsächlich die Übertragungseffizienz als eine Funktion des Zwischenspulenabstands bezüglich eines herkömmlichen Artikels, der ein herkömmliches Energieversorgungssystem ohne Zurückdrehbereich T darstellt, und bezüglich eines Artikels gemäß der vorliegenden Erfindung gemessen, der das Energieversorgungssystem 1 gemäß der vorliegenden Erfindung mit dem Zurückdrehbereich T darstellt. Die Resultate sind in 8 dargestellt. Hinsichtlich des Artikels gemäß der vorliegenden Erfindung ist die größte Übertragungseffizienz durch Einstellung der Länge des Zurückdrehbereichs T aufgetragen.
Gemäß der Darstellung in 8 kann die Übertragungseffizienz von wenigstens 90% in dem herkömmlichen Artikel nur erhalten werden, wenn der Zwischenspulenabstand D im Bereich von 180 mm bis 210 mm liegt. Auf der anderen Seite kann die Übertragungseffizienz von wenigstens 90% bei dem Artikel gemäß der vorliegenden Erfindung in einem weiten Bereich des Zwischenspulenabstands D von 180 mm bis 250 mm erhalten werden.
Die Erfinder haben tatsächlich die Energieverlustrate als eine Funktion des Zwischenspulenabstands D hinsichtlich des herkömmlichen Artikels und des Artikels gemäß der vorliegenden Erfindung gemessen. Die Resultate sind in 9 dargestellt. Bezüglich des Artikels gemäß der vorliegenden Erfindung ist die niedrigste Energieverlustrate durch Einstellen der Länge des Zurückdrehbereichs T aufgetragen. Gemäß der Darstellung in 9 wird die Energieverlustrate bei dem herkömmlichen Artikel groß, wenn der Zwischenspulenabstand von 200 mm abweicht. Auf der anderen Seite kann die Energieverlustrate bei dem Artikel gemäß der vorliegenden Erfindung in einem weiten Bereich des Zwischenspulenabstands D von 180 mm bis 250 mm gleich 0% gemacht werden.
In der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform wird der Zurückdrehbereich T in der primären elektromagnetischen Induktionsspule 5 bereitgestellt, die in Spiralform gewickelt ist. Die Gestalt einer Spule, in der der Zurückdrehbereich T bereitgestellt werden kann, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die Gestalt der Spule kann eine andere bekannte Gestalt aufweisen z. B. kann der Zurückdrehbereich T in der primären elektromagnetischen Induktionsspule 5 bereitgestellt werden, der in einer Schraubenform gewickelt ist, wie in 10 dargestellt ist. Da die primäre Resonanzspule 6, die sekundäre Resonanzspule 7 und die sekundäre elektromagnetische Induktionsspule 9 ähnlich denen in 2 sind, sind sie in 10 nicht dargestellt.
In der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform und der in 10 dargestellten Modifikation wird jeweils die primäre elektromagnetische Induktionsspule 5, die primäre Resonanzspule 6, die sekundäre Resonanzspule 7 und die sekundäre elektromagnetische Induktionsspule 9 bereitgestellt, um eine Achse in der vertikalen Richtung aufzuweisen. Eine Anordnung der Spulen ist jedoch nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann der Zurückdrehbereich T in der primären elektromagnetischen Induktionsspule 5 vorgesehen sein, die um den Primärkern 10 in Schraubenform koaxial zu der primären Resonanzspule 6 gewickelt ist und die eine Achsenrichtung entlang der horizontalen Richtung aufweist, wie in 11 dargestellt ist. Da die sekundäre Resonanzspule 7 und die sekundäre elektromagnetische Induktionsspule 9 ähnlich denen in 3 sind, sind sie in 11 nicht dargestellt.
In der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform wird der Zurückdrehbereich T am ersten Ende des Spulenhauptkörpers 51 bereitgestellt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Der Zurückdrehbereich T kann an einem zweiten Ende des Spulenhauptkörpers 51 vorgesehen sein. Der Zurückdrehbereich T kann an beiden Enden des Spulenhauptkörpers 51 vorgesehen sein. Der Zurückdrehbereich T ist nicht auf Endbereiche beschränkt. z. B. kann der Zurückdrehbereich T in einem Mittelbereich des Spulenhauptkörpers 51 vorgesehen sein.
In der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform ist der Zurückdrehbereich T nur in der primären elektromagnetischen Induktionsspule 5 vorgesehen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Der Zurückdrehbereich T kann nur in der sekundären elektromagnetischen Induktionsspule 9 vorgesehen sein. Der Zurückdrehbereich T kann auch in der primären elektromagnetischen Induktionsspule 5 und in der sekundären elektromagnetischen Induktionsspule 9 vorgesehen sein
In den oben beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsformen weist jeder von den Spulenhauptkörpern 51 und 91 eine Mehrzahl von Windungen (wenigstens zwei Windungen) auf. Es kann jedoch jeder von den Spulenhauptkörpern 51 und 91 eine Windung aufweisen.
In der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform und den Modifikationen davon wird der Zurückdrehbereich T in den primären und sekundären elektromagnetischen Induktionsspulen 5 und 9 vorgesehen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel können die Resonanzspulen 6 und 7 gemäß der Darstellung in 12 entsprechend Spulenhauptkörper 61 und 71 aufweisen und die Zurückdrehbereiche T umfassen. In dem in 12 dargestellten Beispiel sind die Resonanzspulen 6 und 7 in Form einer Spirale gebildet. Gemäß der Darstellung in 13 können die Zurückdrehbereiche T in Resonanzspulen 6 und 7 mit einer Achse vorgesehen sein, die in der horizontalen Richtung angeordnet ist. Gemäß der Darstellung in 14 können die Zurückdrehbereiche T in Resonanzspulen 6 und 7 in einer Schraubenform vorgesehen sein.
Es wird davon ausgegangen, dass die Resonanzfrequenz der Resonanzspulen 6 und 7 nicht nur aufgrund der Variation des Zwischenspulenabstands D abweicht, sondern auch durch Variationen in der Herstellung der Resonanzspulen 6 und 7, der Kondensatoren C1 und C2, von Ferrit und Spulenkörpern abweichen kann. Es ist jedoch möglich die Resonanzfrequenz durch Einstellen der Position des Zurückdrehbereichs T zur Einstellung der Induktivität der Resonanzspulen 5 und 6 zu modifizieren. Im Ergebnis kann eine Impedanzeinstellung durchgeführt werden.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen stellen lediglich repräsentative Formen der vorliegenden Erfindung dar. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Ausführungsformen beschränkt. Mit anderen Worten, die Ausführungsformen können auf verschiedene Arten modifiziert und ausgeführt werden, ohne von dem Rahmen der Erfindung abzuweichen.
Bezugszeichenliste

5: primäre elektromagnetische Induktionsspule (Spule, elektromagnetische Induktionsspule)
6: primäre Resonanzspule (Spule, Resonanzspule)
7: sekundäre Resonanzspule (Spule, Resonanzspule)
9: sekundäre elektromagnetische Induktionsspule (Spule, elektromagnetische Induktionsspule)
51: Spulenhauptkörper
91: Spulenhauptkörper
W: Keil (Einstellmechanismus, Anbringungsbereich)
W1: geneigte Ebene
T: Zurückdrehbereich (Einstellmechanismus)

Claims

Spule, die als wenigstens eine Spule in einem Paar von Resonanzspulen dient, die kontaktlos eine Energieversorgung mittels Magnetfeldresonanz durchführen, eine elektromagnetische Induktionsspule, die einer Energieversorgungsseite des Paars von Resonanzspulen Energie zuführt, oder eine elektromagnetische Induktionsspule, die von einer Energieaufnahmeseite des Paars von Resonanzspulenmit Energie versorgt wird, wobei die Spule umfasst: einen Spulenhauptkörper; und einen Einstellmechanismus, der zur Einstellung einer Anzahl von Windungen des Spulenhauptkörpers ausgebildet ist.
Spule nach Anspruch 1, wobei der Einstellmechanismus einen Anbringungsbereich zum Anbringen eines Endbereichs des Spulenhauptkörpers und zum Trennen des Endbereichs von anderen Bereichen umfasst.
Spule nach Anspruch 2, wobei der Anbringungsbereich eine geneigte Ebene aufweist, die mit Annäherung einer Position an den Endbereich des Spulenhauptkörpers höher wird, und der Endbereich des Spulenhauptkörpers an der geneigten Ebene angebracht ist.
Spule nach Anspruch 1, wobei der Einstellmechanismus einen Zurückdrehbereich umfasst, der durch Zurückwinden eines Bereichs des Spulenhauptkörpers bereitgestellt wird.
Spule nach Anspruch 2, wobei der Zurückdrehbereich an dem Endbereich des Spulenhauptkörpers vorgesehen ist.