БЛОК КАТУШКИ
COIL UNIT

Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Настоящее изобретение относится к блоку катушки для использования для бесконтактной подачи мощности.
Уровень техники
[0002] Предложена технология относительно блока катушки для использования для бесконтактной подачи мощности, в которой множество магнитных пластин для увеличения направленности магнитного потока располагаются смежно с катушкой по существу пластинчатой формы (см. патентный документ 1).
Список библиографических ссылок
Патентные документы
[0003] Патентный документ 1. Публикация заявки на патент (Япония) номер 2015-233357
Сущность изобретения
Техническая задача
[0004] Тем не менее, в технологии, описанной в патентном документе 1, когда магнитный поток увеличивается, чтобы передавать большую величину мощности, также большее число магнитных пластин требуется в направлении изнутри наружу катушки. Когда зазор между магнитными пластинами формируется таким образом, что он пересекает электрические линии силы, сформированной посредством катушки, пробой диэлектрика может возникать в зазоре между магнитными пластинами в зависимости от позиции зазора.
[0005] Настоящее изобретение осуществлено с учетом вышеизложенной проблемы и направлено на предоставление блока катушки, допускающего уменьшение вероятности пробоя диэлектрика между магнитными пластинами.
Решение задачи
[0006] Блок катушки согласно аспекту настоящего изобретения включает в себя катушку, сформированную из электрического провода, размещенного на первой плоскости и уложенного бок о бок с самим собой, и множество магнитных пластин, размещенных на второй плоскости, которая располагается вдоль и является смежной с первой плоскостью, и зазор, который формируется посредством магнитных пластин и пересекает направление, в котором катушка укладывается бок о бок, расположен около краевого фрагмента катушки в направлении, в котором электрический провод укладывается бок о бок.
Преимущества изобретения
[0007] Аспект настоящего изобретения может предоставлять блок катушки, допускающий уменьшение разности потенциалов между магнитными пластинами и снижение риска пробоя диэлектрика между магнитными пластинами посредством формирования зазоров магнитных пластин в позициях с низкой напряженностью электрического поля.
Краткое описание чертежей
[0008] Фиг. 1 является принципиальной блок-схемой, иллюстрирующей базовую конфигурацию системы бесконтактной подачи мощности, включающей в себя блок катушки согласно первому варианту осуществления.
Фиг. 2A является видом сверху, иллюстрирующим блок катушки согласно первому варианту осуществления.
Фиг. 2B является видом в сечении при просмотре в направлении X-X на фиг. 2A.
Фиг. 2C является видом в сечении при просмотре в направлении Y-Y на фиг. 2A.
Фиг. 3A является видом сверху, иллюстрирующим блок катушки согласно первому варианту осуществления.
Фиг. 3B является видом в сечении при просмотре в направлении X-X на фиг. 3A.
Фиг. 4A является укрупненным видом в сечении блока катушки при просмотре в направлении прохождения электрического провода, причем вид иллюстрирует электрическую линию силы между частями электрического провода, проходящего через зазор между магнитными пластинами.
Фиг. 4B является эквивалентной принципиальной схемой, соответствующей фиг. 4A.
Фиг. 5A является видом в сечении, иллюстрирующим электрическое поле в зазоре между магнитными пластинами в случае, если n=2, и k=1.
Фиг. 5B является видом в сечении при просмотре в направлении прохождения электрического провода, причем вид иллюстрирует электрическое поле в зазоре между магнитными пластинами в случае, если n=2, и k=2.
Фиг. 6A является видом в сечении при просмотре в направлении прохождения электрического провода, причем вид иллюстрирует электрическое поле в зазоре между магнитными пластинами в случае, если n=3, и k=1.
Фиг. 6B является видом в сечении при просмотре в направлении прохождения электрического провода, причем вид иллюстрирует электрическое поле в зазоре между магнитными пластинами в случае, если n=3, и k=2.
Фиг. 6C является видом в сечении при просмотре в направлении прохождения электрического провода, причем вид иллюстрирует электрическое поле в зазоре между магнитными пластинами в случае, если n=3, и k=3.
Фиг. 7 является схемой, иллюстрирующей, для каждого n, взаимосвязь между позицией зазора между магнитными пластинами и электрическим полем.
Фиг. 8 иллюстрирует пример взаимосвязи между позицией зазора между магнитными пластинами и электрическим полем для всей области катушки.
Фиг. 9 иллюстрирует пример кривой Пашена.
Фиг. 10 является видом сверху, иллюстрирующим зазоры между магнитными пластинами, имеющими покрытия, сформированные на их поверхностях.
Фиг. 11A является видом сверху, иллюстрирующим блок катушки согласно первой модификации первого варианта осуществления.
Фиг. 11B является видом в сечении при просмотре в направлении X-X на фиг. 11A.
Фиг. 12 является видом сверху, иллюстрирующим блок катушки согласно второй модификации первого варианта осуществления.
Фиг. 13A является видом сверху, иллюстрирующим блок катушки согласно третьей модификации первого варианта осуществления.
Фиг. 13B является видом в сечении при просмотре в направлении X-X на фиг. 13A.
Фиг. 14 является видом сверху, иллюстрирующим блок катушки согласно второму варианту осуществления.
Фиг 15 является видом сверху, иллюстрирующим блок катушки согласно модификации второго варианта осуществления.
Фиг. 16 является видом сверху, иллюстрирующим блок катушки согласно третьему варианту осуществления.
Фиг. 17A является укрупненным видом сверху магнитных пластин, соответствующим фиг. 16.
Фиг. 17B является укрупненным видом сверху магнитных пластин для сравнения с фиг. 17A.
Фиг. 18A является видом сверху, иллюстрирующим блок катушки согласно четвертому варианту осуществления.
Фиг. 18B является видом в сечении при просмотре в направлении X-X на фиг. 18A.
Подробное описание вариантов осуществления
[0009] Далее описываются варианты осуществления настоящего изобретения со ссылкой на чертежи. На всех чертежах, идентичные или аналогичные части обозначаются посредством идентичных или аналогичных ссылок с номерами и многократно не описываются. Следует отметить, что чертежи являются только схематическими, и размерные взаимосвязи, соотношения и т.п. могут отличаться от фактических размерных взаимосвязей, соотношений и т.п.
[0010] Первый вариант осуществления
Система бесконтактной подачи мощности, включающая в себя блок катушки согласно первому варианту осуществления, включает в себя, как проиллюстрировано на фиг. 1, устройство 1 подачи мощности, расположенное в стойке подачи мощности и т.п., и устройство 2 приема мощности, установленное в транспортном средстве 20, таком как электрический автомобиль или гибридный автомобиль. Устройство 1 подачи мощности подает мощность в устройство 2 приема мощности бесконтактным способом.
[0011] Устройство 1 подачи мощности включает в себя блок 11 катушки на стороне земли, контроллер 12 мощности, который управляет мощностью, которую следует подавать в блок 11 катушки на стороне земли, часть 13 беспроводной связи и контроллер 14. Блок 11 катушки на стороне земли располагается, например, в месте 10 для парковки для подачи мощности в качестве блока катушки согласно первому варианту осуществления.
[0012] Контроллер 12 мощности включает в себя выпрямитель 121, схему 122 повышения коэффициента мощности (PFC) и инвертор 123. Контроллер 12 мощности преобразует мощность переменного тока, передаваемую из источника 120 мощности переменного тока, в высокочастотную мощность переменного тока и передает мощность в блок 11 катушки на стороне земли.
[0013] Выпрямитель 121 представляет собой схему, которая выпрямляет мощность переменного тока, выводимую из источника 120 мощности переменного тока. PFC-схема 122 представляет собой схему, которая повышает коэффициент мощности посредством придания определенной формы сигналу, выводимому из выпрямителя 121. Инвертор 123 представляет собой схему преобразования мощности, включающую в себя схему управления с широтно-импульсной модуляцией (PWM), имеющую переключающий элемент, такой как биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT). Инвертор 123 включает и выключает переключающий элемент на основе сигнала управления переключением и в силу этого преобразует мощность постоянного тока в мощность переменного тока и подает мощность переменного тока в блок 11 катушки на стороне земли.
[0014] Часть 13 беспроводной связи представляет собой устройство связи, которое выполняет двунаправленную связь с устройством 2 приема мощности при управлении посредством контроллера 14.
[0015] Контроллер 14 представляет собой схему управления, которая управляет работой устройства 1 подачи мощности. Через связь между частью 13 беспроводной связи и устройством 2 приема мощности, контроллер 14 передает, в устройство 2 приема мощности, сигнал, уведомляющий относительно начала подачи мощности из устройства 1 подачи мощности, и принимает, из устройства 2 приема мощности, сигнал, запрашивающий начало подачи мощности из устройства 1 подачи мощности. Кроме того, контроллер 14 формирует сигнал управления переключением и выполняет управление переключением инвертора 123, управляя мощностью, которую следует подавать в блок 11 катушки на стороне земли.
[0016] Устройство 2 приема мощности включает в себя блок 21 катушки на стороне транспортного средства, выпрямитель 22, реле 23, аккумулятор 24, инвертор 25, мотор 26, часть 27 беспроводной связи и зарядный контроллер 28.
[0017] Блок 21 катушки на стороне транспортного средства располагается в нижней части транспортного средства 20 таким образом, что он обращен к блоку 11 катушки на стороне земли с предварительно определенным расстоянием между ними, когда транспортное средство 20 паркуется надлежащим образом в предписанной позиции в месте 10 для парковки. Когда мощность подается из контроллера 12 мощности в блок 11 катушки на стороне земли, блок 21 катушки на стороне транспортного средства имеет магнитную связь с блоком 11 катушки на стороне земли, и мощность передается из блока 11 катушки на стороне земли в блок 21 катушки на стороне транспортного средства бесконтактным способом посредством электромагнитной индукции. Другими словами, блок 21 катушки на стороне транспортного средства принимает мощность из блока 11 катушки на стороне земли бесконтактным способом.
[0018] Выпрямитель 22 представляет собой схему, которая выпрямляет мощность переменного тока, принимаемую посредством блока 21 катушки на стороне транспортного средства, в постоянный ток. Реле 23 включает в себя релейный переключатель, который включается и выключается при управлении посредством зарядного контроллера 28. Реле 23 отделяет сторону аккумулятора 24 и сторону выпрямителя 22 друг от друга посредством отключения релейного переключателя. Аккумулятор 24 формируется посредством множества вторичных аккумуляторов, соединенных друг с другом, и представляет собой источник мощности транспортного средства 20.
[0019] Инвертор 25 представляет собой схему преобразования мощности, включающую в себя схему PWM-управления, имеющую переключающий элемент, такой как IGBT. Инвертор 25 включает и выключает переключающий элемент на основе сигнала управления переключением и в силу этого преобразует мощность постоянного тока, выводимую из аккумулятора 24, в мощность переменного тока и подает мощность переменного тока в мотор 26 в качестве источника приведения в движение транспортного средства 20. Мотор 26 формируется, например, из мотора трехфазного переменного тока.
[0020] Часть 27 беспроводной связи представляет собой устройство связи, которое выполняет двунаправленную связь с частью 13 беспроводной связи устройства 1 подачи мощности при управлении посредством зарядного контроллера 28.
[0021] Зарядный контроллер 28 представляет собой схему управления, которая управляет работой устройства 2 приема мощности. Зарядный контроллер 28 управляет операцией приема мощности с использованием блока 21 катушки на стороне транспортного средства, главным образом для заряда аккумулятора 24. Посредством передачи сигнала, запрашивающего начало подачи мощности, в контроллер 14 через части 27, 13 беспроводной связи, зарядный контроллер 28 инструктирует устройству 1 подачи мощности начинать подачу мощности из блока 11 катушки на стороне земли. Зарядный контроллер 28 управляет выпрямителем 22 и реле 23 и в силу этого подает мощность, которую блок 21 катушки на стороне транспортного средства принимает из блока 11 катушки на стороне земли, в аккумулятор 24 и заряжает аккумулятор 24.
[0022] Блок катушки
Как проиллюстрировано на фиг. 2A-2C блок 11 катушки на стороне земли, который представляет собой блок катушки согласно первому варианту осуществления, включает в себя катушку 3, имеющую ось O катушки вдоль вертикального направления, изолирующий слой 4, магнитный сердечник 5, несущую пластину 6 и крышку 7.
[0023] Как проиллюстрировано на фиг. 3A и 3B, катушка 3 формируется из электрического провода 31, размещаемого на первой плоскости P и уложенного бок о бок с самим собой в направлении S изнутри наружу с осью O катушки, нормальной к первой плоскости P, в качестве центра. Другими словами, направление S изнутри наружу представляет собой направление, в котором электрический провод 31 укладывается бок о бок с самим собой. Электрический провод 31 наматывается по кругу многократно прямоугольно при виде вдоль оси O катушки и в силу этого занимает практически прямоугольную кольцевую область. Электрический провод 31 формируется из линии лицендрата и т.п.
[0024] Магнитный сердечник 5 формируется посредством множества магнитных пластин 51, размещаемых на второй плоскости Q, смежной с и располагающейся вдоль первой плоскости P. Магнитный сердечник 5 окружает катушку 3 при виде вдоль оси O катушки. Магнитные пластины 51 имеют форму прямоугольной пластины. Например, магнитные пластины 51 размещаются посредством покрытия нижней пластины прямоугольного смоляного лотка (не показан) при виде вдоль оси O катушки (в направлении по оси Z). Как проиллюстрировано на фиг. 3B, магнитный сердечник 5 собирает магнитный поток M, сформированный ниже катушки 3, внутри.
[0025] Магнитный сердечник 5 поддерживает катушку 3 с листовым изолирующим слоем 4, размещенным между ними. Изолирующий слой 4 изолирует катушку 3 и магнитный сердечник 5 друг от друга. Изолирующий слой 4 изготовлен из изоляционного материала, такого как смола. Изолирующий слой 4 может представлять собой колпачок лотка, размещающего магнитный сердечник 5. Изолирующий слой 4 может опускаться, если электрический провод 31 и магнитный сердечник 5 могут изолироваться в достаточной степени друг от друга посредством покрытия на электрическом проводе 31 или покрытия на магнитном сердечнике 5. Область D магнитного сердечника 5 и изолирующего слоя 4, в которой электрический провод 31 начинает и заканчивает наматываться, удаляется, чтобы обеспечивать возможность выступания провода из обоих концов катушки 3.
[0026] Зазоры 50 между смежными магнитными пластинами 51 протягиваются на второй плоскости Q в двух осевых направлениях, ортогональных друг к другу (в направлении по оси X и в направлении по оси Y). Магнитные пластины 51 размещаются таким образом, что зазоры 50, которые протягиваются в направлении T прохождения электрического провода 31, могут быть расположены около краевых фрагментов 3E катушки 3 в направлении S изнутри наружу. Другими словами, зазоры 50, которые формируются посредством магнитных пластин 51 и пересекают направление S изнутри наружу катушки 3, расположены около краевого фрагмента 3E катушки 3 в направлении S изнутри наружу.
[0027] Несущая пластина 6 поддерживает магнитный сердечник 5 с поддерживающим элементом (не показан), размещенным между ними. Несущая пластина 6 имеет форму прямоугольной пластины и изготовлена из металлического материала, такого как алюминий. Несущая пластина 6 может функционировать в качестве теплорассеивающей пластины, которая рассеивает тепло, сформированное посредством катушки 3 и магнитного сердечника 5. Катушка 3, магнитный сердечник 5 и т.п. закрываются посредством крышки 7 при расположении выше несущей пластины 6.
c
[0028] Здесь, приводится описание, как проиллюстрировано на фиг. 4A, потенциала v в зазоре 50, расположенном между A-тым нахлестом электрического провода 31, а именно, электрическим проводом 31-A, и B-тым нахлестом электрического провода 31, а именно, электрическим проводом 31-B, при виде вдоль оси O катушки. Когда существует разность потенциалов между обоими концами катушки 3, электрический провод 31 имеет различный потенциал в каждой позиции. Как проиллюстрировано на фиг. 4A, электрическая линия силы между электрическим проводом 31-A и электрическим проводом 31-B через зазор 50 проходит через изолирующий слой 4 и магнитную пластину 51, расположенные ниже электрического провода 31-A, зазор 50 и магнитную пластину 51 и изолирующий слой 4, расположенные ниже электрического провода 31-B.
a
b
c
d
e
A
B
A
B
c
[0029] Фиг. 4B является эквивалентной схемой, соответствующей электрической линии силы, проиллюстрированной на фиг. 4A. Эквивалентная схема, проиллюстрированная на фиг. 4B, представляет собой последовательную схему из емкости C изолирующего слоя 4, расположенного ниже электрического провода 31-A, емкости C магнитной пластины 51, расположенной ниже электрического провода 31-A, емкости C зазора 50, емкости C изолирующего слоя 4, расположенного ниже электрического провода 31-B, и емкости C магнитной пластины 51, расположенной ниже электрического провода 31-B. На фиг. 4B, v указывает потенциал в электрическом проводе 31-A, и v указывает потенциал в электрическом проводе 31-B. Когда разность потенциалов между v и v составляет v, потенциал v в зазоре 50, расположенном между электрическим проводом 31-A и электрическим проводом 31-B, выражается как формула (1).
[0030] Математическое выражение 1
c
[0031] Электрическое поле E в зазоре 50 выражается как формула (2), когда d является промежутком зазора 50.
c
c
E=v/d... (2)
c
[0032] Здесь, приводится описание электрического поля E в зазоре 50, который протягивается в направлении T прохождения электрического провода 31 и расположен в области, перекрывающейся с катушкой 3 при виде вдоль оси O катушки. Число витков катушки 3 задается равным 2n, и позиция зазора 50 задается равной k. Позиция k зазора 50 равна 1, когда зазор 50 расположен между электрическим проводом 31-1 первого нахлеста и электрическим проводом 31-2 второго нахлеста, и равна 2, когда зазор 50 расположен между электрическим проводом 31-2 второго нахлеста и электрическим проводом 31-3 третьего нахлеста. Другими словами, k равно N, когда зазор 50 расположен между электрическим проводом N-ого нахлеста и электрическим проводом (N+1)-ого нахлеста.
c
[0033] Во-первых, приводится описание электрического поля E в зазоре 50, когда n=2 (число витков катушки 3 равно четырем), и k=1, как проиллюстрировано на фиг. 5A. Как проиллюстрировано на фиг. 5A, электрическая линия силы, проходящей через зазор 50, формируется между электрическим проводом 31-1 и каждой из других частей электрического провода, т.е. электрическим проводом 31-2 - электрическим проводом 31-4.
c12
c13
c14
[0034] Электрические поля в зазоре 50, а именно, электрическое поле E от электрического провода 31-1 и электрического провода 31-2, электрическое поле E от электрического провода 31-1 и электрического провода 31-3 и электрическое поле E от электрического провода 31-1 и электрического провода 31-4, выражаются посредством формул (3)-(5), соответственно.
c12
12
[0035] E=vK=KΔv... (3)
c13
13
E=vK=2KΔv... (4)
c14
14
E=vK=3KΔv... (5)
12
13
14
[0036] В вышеуказанных формулах, v является разностью потенциалов между электрическим проводом 31-1 и электрическим проводом 31-2, v является разностью потенциалов между электрическим проводом 31-1 и электрическим проводом 31-3, v является разностью потенциалов между электрическим проводом 31-1 и электрическим проводом 31-4, и Δv является величиной изменения потенциала между частями электрического провода 31, смежными в направлении S изнутри наружу. Дополнительно, K выражается посредством формулы (6).
[0037] Математическое выражение 2
c
[0038] На основе вышеописанного, электрическое поле E в зазоре 50, когда n=2, и k=1, выражается посредством формулы (7).
c
c12
c13
c14
E=E+E+E=6KΔv...(7)
c
[0039] Далее приводится описание электрического поля E в зазоре 50, когда n=2, и k=2, как проиллюстрировано на фиг. 5B. Как проиллюстрировано на фиг. 5B, электрическая линия силы, проходящей через зазор 50, формируется между электрическим проводом 31-1 и каждым из электрического провода 31-3 и электрического провода 31-4 и между электрическим проводом 31-2 и каждым из электрического провода 31-3 и электрического провода 31-4.
c13
c13
c14
c23
c24
[0040] Электрические поля в зазоре 50, а именно, электрическое поле E от электрического провода 31-1 и электрического провода 31-3, электрическое поле E от электрического провода 31-1 и электрического провода 31-3, электрическое поле E от электрического провода 31-1 и электрического провода 31-4, электрическое поле E от электрического провода 31-2 и электрического провода 31-3 и электрическое поле E от электрического провода 31-2 и электрического провода 31-4, выражаются как формулы (8)-(11), соответственно.
c13
13
[0041] E=vK=2KΔv... (8)
c14
14
E=vK=3KΔv... (9)
c23
23
E=vK=KΔv... (10)
c24
24
E=vK=2KΔv... (11)
c
[0042] На основе вышеописанного, электрическое поле E в зазоре 50, когда n=2, и k=2, выражается посредством формулы (12).
c
c13
c14
c23
c24
E=E+E+E+E=8KΔv...(12)
c
c
c
c
[0043] Аналогично, приводится описание электрического поля E в зазоре 50, когда n=3 (число витков катушки 3 равно шести), и k=1, как проиллюстрировано на фиг. 6A. В этом случае, электрическое поле E посредством частей электрического провода 31, расположенных с обеих сторон зазора 50, составляет 15KΔv. Когда n=3, и k=2, как проиллюстрировано на фиг. 6B, электрическое поле E в зазоре 50 составляет 24KΔv. Когда n=3, и k=3, как проиллюстрировано на фиг. 6C, электрическое поле E в зазоре 50 составляет 27KΔv.
c
[0044] Когда число витков катушки 3 2n, и позиция зазора 50 равна k, электрическое поле E, прикладываемое к зазору 50, выражается как формула (13).
c
E=nk(2n-k)KΔv...(13)
c
c
max
[0045] Фиг. 7 является схемой, иллюстрирующей примеры электрического поля E в зазоре 50 относительно k в блоках катушки, имеющих катушки 3, где n равно 2-15, причем схема иллюстрирует относительные значения, вычисленные при разности потенциалов между смежными линиями лицендрата, составляющей 1 В, и комбинированной емкости эквивалентной схемы, равной 1. Каждое электрическое поле E монотонно увеличивается с k и, как выражается в формуле (14), достигает максимального значения E, когда n=k.
c
3
E=nKΔv...(14)
c
[0046] Таким образом, когда зазор 50, протягивающийся в направлении T прохождения электрического провода 31, перекрывается с катушкой 3 при виде вдоль оси O катушки, электрическое поле E в зазоре 50 является практически максимальным в центре катушки 3 в направлении S изнутри наружу. Другими словами, зазор 50 с большей вероятностью должен подвергаться пробою диэлектрика, когда зазор 50 находится ближе к центру катушки 3 в направлении S изнутри наружу. Таким образом, когда зазоры 50 перекрываются с катушкой 3 при виде вдоль оси O катушки, зазоры 50, протягивающиеся в направлении T прохождения электрического провода 31, расположены в областях около краевых фрагментов 3E катушки 3, а не в центральной части в направлении S изнутри наружу.
c
[0047] Фиг. 8 является схемой, иллюстрирующей электрическое поле E в зазоре 50 для каждого k в блоке катушки, имеющем катушку 3 с n=8 (16 витков) при предварительно определенном условии (результаты вычислений с использованием упрощенной модели, соответствующей возбуждению при 6 кВт). Под k=0-16 подразумевается то, что зазор 50 расположен между внешним краевым фрагментом 3E и внутренним краевым фрагментом 3E в направлении S изнутри наружу. Под k=17-32 подразумевается то, что зазор 50 расположен между внешним краевым фрагментом 3E и внутренним краевым фрагментом 3E в направлении S изнутри наружу на противоположной стороне оси O катушки.
c
c
[0048] Поскольку, в общем, считается, что электрическое поле, в котором возникает электрический разряд вследствие закона Пашена, составляет 4 МВ/м, зазор 50 должен формироваться в позиции, в которой электрическое поле E существенно ниже 4 МВ/м. На фиг. 8, GA и GB указывают области, в которых электрическое поле E ниже 4 МВ/м. Части областей GA и GB, которые перекрываются с катушкой 3, составляют практически приблизительно 35% от каждого из краевых фрагментов 3E к центру катушки 3 в направлении S изнутри наружу. В данном документе, "около краевых фрагментов 3E" означают области, которые составляют существенно меньше 35% от краевых фрагментов 3E к центру катушки 3 в направлении S изнутри наружу.
[0049] Дополнительно, как проиллюстрировано на фиг. 8, область GB, расположенная около внутреннего краевого фрагмента 3E в направлении S изнутри наружу, имеет тенденцию иметь более высокое электрическое поле, чем область GA. Это обусловлено влиянием от потенциала электрического провода 31 на стороне, расположенной напротив другой. Как проиллюстрировано на фиг. 2A и т.п., из числа зазоров 50, протягивающихся в двух осевых направлениях, ортогональных друг к другу (в направлении по оси X и в направлении по оси Y), все четыре зазора 50, расположенные в крайних внешних позициях на каждой стороне, расположены около внешнего краевого фрагмента 3E катушки 3 в направлении S изнутри наружу. Таким образом, по сравнению с расположением около внутреннего краевого фрагмента 3E катушки 3 в направлении S изнутри наружу, зазор 50 может уменьшать влияние от электрического провода 31 на противоположной стороне.
[0050] Фиг. 9 показывает кривую Пашена, иллюстрирующую взаимосвязь между напряжением Vs начала разряда и произведением промежутка d зазора 50 и атмосферного давления ρ. Когда промежуток d увеличивается при постоянном атмосферном давлении ρ, напряжение Vs начала разряда достигает минимального значения Vsmin при данном промежутке d. Следовательно, промежуток d должен рассчитываться таким образом, что напряжение Vs начала разряда не может достигать значения около минимального значения Vsmin.
[0051] Как проиллюстрировано на фиг. 10, магнитные пластины 51 могут иметь покрытие 52, сформированное на их поверхности. Покрытие 52 изготовлено, например, из неметаллического материала, такого как смола, и формируется так, чтобы предотвращать растрескивание магнитной пластины 51. Магнитные пластины 51, на каждой из которых формируется покрытие 52, закрепляются посредством, например, лотка, размещающего магнитный сердечник 5, таким образом, что их стороны могут находиться в контакте друг с другом.
[0052] В этом случае, промежуток d задается как расстояние между магнитными пластинами 51, т.е. приблизительно в два раза больше толщины покрытия 52. Напряжение Vs начала разряда (напряжение начала пробоя диэлектрика) в этом случае определяется посредством, например, материала покрытия 52 и промежутка d либо посредством эксперимента.
[0053] Как описано выше, согласно блоку катушки согласно первому варианту осуществления, зазоры 50 формируются в позициях, соответствующих областям GA и GB около краевых фрагментов 3E, которые не представляют собой области, в которых электрическое поле может вызывать пробой диэлектрика. Таким образом, согласно блоку катушки согласно первому варианту осуществления, зазоры 50 формируются в позициях, в которых напряженность электрического поля является относительно низкой, и в силу этого разность потенциалов между магнитными пластинами 51 может уменьшаться, снижая риск пробоя диэлектрика между магнитными пластинами 51.
c
[0054] Дополнительно, согласно блоку катушки согласно первому варианту осуществления, зазоры 50, перекрывающиеся с катушкой 3 при виде вдоль оси O катушки, расположены около внешнего краевого фрагмента 3E катушки 3 в направлении S изнутри наружу. Таким образом, по сравнению с тем, когда зазоры 50 расположены около внутреннего краевого фрагмента 3E катушки 3 в направлении S изнутри наружу, блок катушки согласно первому варианту осуществления может уменьшать влияние от электрического провода 31 на противоположной стороне и уменьшать электрическое поле E в зазоре 50.
[0055] Помимо этого, блок катушки согласно первому варианту осуществления имеет зазоры 50, которые пересекают катушку 3 в направлении S изнутри наружу при виде вдоль оси O катушки. Зазоры 50, которые пересекают направление S изнутри наружу катушки 3, с меньшей вероятностью должны затрагиваться посредством потенциала в электрическом проводе 31 и в силу этого с относительно очень небольшой вероятностью должны находиться в условиях риска пробоя диэлектрика. Таким образом, блок катушки согласно первому варианту осуществления может снижать риск пробоя диэлектрика между магнитными пластинами 51.
[0056] Первая модификация
Фиг. 11A и 11B являются схемами, иллюстрирующими блок 11A катушки на стороне земли, который представляет собой блок катушки согласно первой модификации первого варианта осуществления. В блоке 11A катушки на стороне земли, из зазоров 50, протягивающихся в направлении по оси Y, два зазора 50, расположенные в крайних внешних позициях, расположены за пределами катушки 3 в направлении S изнутри наружу при виде вдоль оси O катушки.
[0057] Дополнительно, из зазоров 50, протягивающихся в направлении по оси Y, два зазора 50, расположенные на внутренних сторонах, перекрываются с внутренним краевым фрагментом 3E катушки 3 при виде вдоль оси O катушки. Из зазоров 50, протягивающихся в направлении по оси X, два зазора 50, расположенные в крайних внешних позициях, перекрываются с внешним краевым фрагментом 3E катушки 3 при виде вдоль оси O катушки.
c
c
[0058] Как проиллюстрировано на фиг. 8, когда зазор 50 расположен за пределами катушки 3, электрическое поле E является низким по сравнению с областью, в которой зазор 50 перекрывается с катушкой 3. Дополнительно, когда зазор 50 перекрывается с краевым фрагментом 3E катушки 3, электрическое поле E является низким по сравнению с другими областями, в которых зазор 50 перекрывается с катушкой 3. Таким образом, зазор 50 может формироваться так, что он расположен за пределами катушки 3 при виде вдоль оси O катушки, и может формироваться так, что он перекрывается с краевым фрагментом 3E катушки 3 при виде вдоль оси O катушки.
[0059] Вторая модификация
Фиг. 12 является схемой, иллюстрирующей блок 11B катушки на стороне земли, который представляет собой блок катушки согласно второй модификации первого варианта осуществления. В магнитном сердечнике 5 блока 11B катушки на стороне земли, области, соответствующие четырем искривленным фрагментам (угловым фрагментам) практически прямоугольной катушки 3, формируются посредством одной магнитной пластины 51. Другими словами, зазор 50 формируются в областях катушки 3 за исключением четырех искривленных фрагментов при виде вдоль оси O катушки. Электрический провод 31 протягивается по кривой в искривленных фрагментах катушки 3 и протягивается прямо в фрагментах, отличных от искривленных фрагментов.
c
c
[0060] Как проиллюстрировано на фиг. 12, при виде вдоль оси O катушки, магнитный поток M формируется практически вдоль направления S изнутри наружу. Аналогично, электрическая линия силы, сформированной посредством электрического провода 31, формируется практически вдоль направления S изнутри наружу. Хотя определение направления электрической линии силы усложнено в каждом искривленном фрагменте катушки 3, электрическая линия силы для рассмотрения электрического поля E в зазоре 50 представляет собой практически направление S изнутри наружу, ортогональное к направлению T прохождения электрического провода 31. Таким образом, использование одной магнитной пластины 51 в каждом искривленном фрагменте катушки 3 упрощает определение направления электрической линии силы и в силу этого упрощает расчет электрического поля E.
[0061] Третья модификация
Фиг. 13A и 13B являются схемами, иллюстрирующими блок 21 катушки на стороне транспортного средства, который представляет собой блок катушки согласно третьей модификации первого варианта осуществления. Блок катушки согласно первому варианту осуществления в силу этого также может применяться к блоку 21 катушки на стороне транспортного средства, проиллюстрированному на фиг. 1. Далее описывается состояние, в котором магнитный сердечник 5a расположен ниже катушки 3a, как проиллюстрировано на фиг. 13B, но при фактической установке в транспортном средстве 20, блок 21 катушки на стороне транспортного средства переворачивается вверх тормашками (в направлении по оси Y) из состояния, проиллюстрированного на фиг. 13B.
[0062] Блок 21 катушки на стороне транспортного средства включает в себя катушку 3a, имеющую ось O катушки вдоль вертикального направления, изолирующий слой 4a, магнитный сердечник 5a, несущую пластину 6a и крышку 7a. Другие конфигурации, операции и преимущества, не описанные ниже, касательно катушки 3a, изолирующего слоя 4a, магнитного сердечника 5a, несущей пластины 6a и крышки 7a, являются практически идентичными катушке 3, изолирующему слою 4, магнитному сердечнику 5, несущей пластине 6 и крышке 7, описанным выше.
[0063] Как проиллюстрировано на фиг. 13A и 13B, катушка 3a формируется из электрического провода 31a, размещаемого на первой плоскости P и уложенного бок о бок с самим собой в направлении S изнутри наружу с осью O катушки, нормальной к первой плоскости P, в качестве центра. Электрический провод 31a наматывается по кругу многократно в квадратной форме при виде вдоль оси O катушки и в силу этого занимает практически квадратную кольцевую область.
[0064] Магнитный сердечник 5a включает в себя множество магнитных пластин 51a, размещаемых в квадратной кольцевой области на второй плоскости Q за исключением пространства H, которое представляет центральную часть при виде вдоль оси O катушки, и магнитную пластину 53 расположенную таким образом, что она загораживает пространство H сверху относительно магнитных пластин 51a. Магнитные пластины 51 и магнитная пластина 53 имеют форму прямоугольной пластины. Магнитные пластины 51a окружают катушку 3 при виде вдоль оси O катушки. Магнитная пластина 53 располагается на внутренней стороне катушки 3a с пространством от катушки 3a. Изолирующий слой 4a изолирует катушку 3a и магнитные пластины 51a друг от друга.
[0065] Зазоры 50a между магнитными пластинами 51a протягиваются на второй плоскости Q в двух осевых направлениях, ортогональных друг к другу (в направлении по оси X и в направлении по оси Y). Магнитные пластины 51a размещаются таким образом, что зазоры 50a, протягивающиеся в направлении T прохождения электрического провода 31a, могут быть расположены около краевых фрагментов 3aE катушки 3a в направлении S изнутри наружу. Другими словами, зазоры 50a, которые формируются посредством магнитных пластин 51a и пересекают направление S изнутри наружу катушки 3a, расположены около краевых фрагментов 3aE катушки 3a в направлении S изнутри наружу.
[0066] Пространство H, сформированное посредством магнитных пластин 51a и магнитной пластины 53, размещает, например, резонансную схему на стороне приема мощности, включающей в себя конденсатор и т.п. Транспортное средство 20 имеет ограниченное пространство для того, чтобы размещать резонансную схему и т.п., но может эффективно использовать пространство, когда пространство H функционирует в качестве пространства для размещения схемы.
[0067] Второй вариант осуществления
Блок 11C катушки на стороне земли, который представляет собой блок катушки согласно второму варианту осуществления, отличается от первого варианта осуществления тем, что, как проиллюстрировано на фиг. 14, магнитные пластины 51 имеют идентичный размер между собой. Другие конфигурации, операции и преимущества, не описанные во втором варианте осуществления, являются практически идентичными конфигурациям, операциям и преимуществам в первом варианте осуществления.
[0068] Магнитный сердечник 5 имеет длину Lc и ширину Wc. В примере, проиллюстрированном на фиг. 14, длина Ld каждой магнитной пластины 51 составляет Lc/4, и ширина Wd каждой магнитной пластины 51 составляет Wc/5. Таким образом, магнитные пластины 51 блока 11C катушки на стороне земли имеют идентичный размер между собой. Таким образом, только один тип литейной формы требуется для того, чтобы изготавливать магнитные пластины 51, что позволяет упрощать процессы изготовления и уменьшать затраты на изготовление.
[0069] Размер каждой магнитной пластины 51 в направлении S изнутри наружу является аналогичным сумме расстояния Pa от крайнего внешнего периферийного фрагмента магнитных пластин 51, т.е. внешнего периферийного края магнитного сердечника 5, до внешнего краевого фрагмента 3E катушки 3 и ширины Ww катушки 3 в направлении S изнутри наружу. Другими словами, как проиллюстрировано на фиг. 14, в направлении по оси Y, например, ширина Wd магнитной пластины 51 является аналогичной сумме расстояния Pa от внешнего периферийного края магнитного сердечника 5 до внешнего краевого фрагмента 3E катушки 3 и ширины Ww катушки 3 в направлении S изнутри наружу.
[0070] Таким образом, все четыре зазора 50, расположенные на крайних внешних сторонах, расположены около внутреннего краевого фрагмента 3E катушки 3 в направлении S изнутри наружу. Другими словами, размер магнитной пластины 51 в направлении S изнутри наружу, аналогичный сумме расстояния Pa и ширины Ww, означает то, что зазоры 50, которые располагаются вдоль внешнего периферийного края магнитного сердечника 5 и являются ближайшими к внешнему периферийному краю магнитного сердечника 5, расположены около внутреннего краевого фрагмента 3E катушки 3.
[0071] Согласно блоку катушки согласно второму варианту осуществления, как описано выше, размер магнитной пластины 51 в направлении S изнутри наружу является аналогичным сумме расстояния Pa и ширины Ww, и в силу этого позиции зазоров 50 могут легко управляться. Таким образом, блок катушки согласно второму варианту осуществления может уменьшать разность потенциалов между магнитными пластинами 51 и снижать риск пробоя диэлектрика между магнитными пластинами 51.
[0072] Дополнительно, согласно блоку катушки согласно второму варианту осуществления, магнитные пластины 51 имеют идентичный размер между собой, что позволяет упрощать процессы изготовления и уменьшать затраты на изготовление.
[0073] Модификация
Фиг. 15 является схемой, иллюстрирующей блок 11D катушки на стороне земли, который представляет собой блок катушки согласно модификации второго варианта осуществления. Блок 11D катушки на стороне земли отличается от вышеописанного блока 11C катушки на стороне земли тем, что он имеет квадратную форму при виде вдоль оси O катушки.
[0074] Магнитный сердечник 5 имеет длину Lc и ширину Wc, и Lc=Wc. В примере, проиллюстрированном на фиг. 15, длина Ld каждой магнитной пластины 51 составляет Lc/5, и ширина Wd каждой магнитной пластины 51 составляет Wc/5. Таким образом, магнитные пластины 51 имеют идентичный размер между собой.
[0075] Также в этом случае, размер магнитной пластины 51 в направлении S изнутри наружу является аналогичным сумме расстояния Pa и ширины Ww, что позволяет упрощать позиционное управление зазором 50 и уменьшать разность потенциалов между магнитными пластинами 51, чтобы снижать риск пробоя диэлектрика между магнитными пластинами 51.
[0076] Третий вариант осуществления
Блок 11E катушки на стороне земли, который представляет собой блок катушки согласно третьему варианту осуществления, отличается от первого и второго вариантов осуществления тем, что, как проиллюстрировано на фиг. 16, угловые фрагменты каждой из четырех магнитных пластин 51 не концентрируются в одном местоположении. Другие конфигурации, операции и преимущества, не описанные в третьем варианте осуществления, являются практически идентичными конфигурациям, операциям и преимуществам в первом и втором вариантах осуществления.
[0077] Магнитные пластины 51 формируются посредством, например, двух нечетных рядов магнитных пластин 51 и двух четных рядов магнитных пластин 51 из одной торцевой стороны в направлении по оси X. В примере, проиллюстрированном на фиг. 16, магнитные пластины 51 в нечетных рядах имеют идентичный размер между собой и имеют длину Ld=Lc/4 и ширину Wd1=Wc/6. Магнитные пластины 51 в четных рядах имеют идентичный размер между собой и имеют длину Ld=Lc/4 и ширину Wd2=Wc/5.
[0078] Другими словами, размер Wd1 каждой магнитной пластины 51 в направлении по оси Y в нечетных рядах и размер Wd2 каждой магнитной пластины 51 в направлении по оси Y в четных рядах представляют собой частное размера Wc магнитного сердечника 5 в направлении по оси Y, деленное на соответствующие целые числа, разность которых относительно друг друга равна единице. Таким образом, зазоры 50, протягивающиеся в направлении по оси X, располагаются со сдвигом в направлении по оси X.
[0079] Дополнительно, Ld, Wd1 и Wd2 являются аналогичными расстоянию Pa от внешнего периферийного края магнитного сердечника 5 до внешнего краевого фрагмента 3E катушки 3 и ширине Ww катушки 3 в направлении S изнутри наружу. Целые числа, на которые можно делить длину Lc и ширину Wc магнитного сердечника 5, определяются таким образом, чтобы удовлетворять этому условию. В силу этого, зазоры 50, которые располагаются вдоль внешнего периферийного края магнитного сердечника 5 и являются ближайшими к внешнему периферийному краю магнитного сердечника 5, расположены около внутреннего краевого фрагмента 3E катушки 3.
[0080] Как проиллюстрировано на фиг. 17A, магнитные пластины 51 размещаются таким образом, что в точке J, в которой два зазора 50, протягивающиеся в двух соответствующих направлениях, ортогональных друг к другу, находятся в контакте между собой, три магнитные пластины 51-1-51-3 находятся в контакте друг с другом. Магнитные пластины 51-1-51-3 представляют собой три смежные магнитные пластины 51 из числа магнитных пластин 51. Магнитные пластины 51-1 и магнитные пластины 51-2 являются смежными с магнитной пластиной 51-3 в направлении по оси X. Другими словами, магнитные пластины 51 размещаются таким образом, что один угловой фрагмент магнитной пластины 51-1 и один угловой фрагмент магнитной пластины 51-2 находятся в контакте между собой на одной стороне магнитной пластины 51-3.
[0081] С другой стороны, может быть затруднительным управлять промежутком d зазоров 50, когда, как проиллюстрировано на фиг. 17B, четыре магнитные пластины 51 размещаются таким образом, что их угловые фрагменты находятся в контакте между собой в точке J, в которой два зазора 50 являются ортогональными друг к другу. Дополнительно, когда угловые фрагменты четырех магнитных пластин 51 концентрируются, может возникать концентрация электрического поля.
[0082] Блок катушки согласно третьему варианту осуществления может упрощать управление промежутком d зазоров 50 и уменьшать концентрацию электрического поля в угловых фрагментах магнитных пластин 51. Таким образом, блок катушки согласно третьему варианту осуществления может уменьшать разность потенциалов между магнитными пластинами 51 и снижать риск пробоя диэлектрика между магнитными пластинами 51.
[0083] Четвертый вариант осуществления
Блок 11F катушки на стороне земли, который представляет собой блок катушки согласно четвертому варианту осуществления, отличается от первого-третьего вариантов осуществления включением в себя, как проиллюстрировано на фиг. 18A и 18B, опорной стойки 45, которая поддерживает крышку 7. Другие конфигурации, операции и преимущества, не описанные в четвертом варианте осуществления, являются практически идентичными конфигурациям, операциям и преимуществам в первом-третьем вариантах осуществления.
[0084] Как проиллюстрировано на фиг. 18B, блок 11F катушки на стороне земли включает в себя изолирующий слой 41, который располагается на несущей пластине 6 и поддерживает магнитный сердечник 5. Изолирующий слой 41 представляет собой прямоугольную пластину, например, изготовленную из материала на основе смолы, и имеет рисунок, практически идентичный рисунку магнитного сердечника 5 при виде сверху. Изолирующий слой 41 поддерживает нижнюю поверхность опорной стойки 45 с помощью центрального фрагмента ее верхней поверхности.
[0085] Таким образом, магнитный сердечник 5 и изолирующий слой 4 имеют прямоугольное сквозное отверстие в центральном фрагменте при виде вдоль оси O катушки, причем сквозное отверстие проникает от верхней поверхности до нижней поверхности. При виде вдоль оси O катушки, сквозное отверстие в магнитном сердечнике 5 и опорной стойке 45 имеет практически идентичную форму. Опорная стойка 45 располагается таким образом, что она находится в контакте с верхней поверхностью изолирующего слоя 41 и нижней поверхностью крышки 7 через сквозное отверстие в магнитном сердечнике 5. Опорная стойка 45 располагается таким образом, что, например, ось O катушки может совпадать с ее центром.
[0086] Магнитный сердечник 5 имеет зазоры 50, сформированные таким образом, что они протягиваются в направлении по оси X и в направлении по оси Y из четырех сторон прямоугольного сквозного отверстия. Другими словами, когда Wh представляет собой размер в направлении по оси X сквозного отверстия в магнитном сердечнике 5, и Lh представляет собой размер в направлении по оси Y сквозного отверстия в магнитном сердечнике 5, магнитные пластины 51 имеют магнитные пластины 51 с длиной Lh и магнитные пластины 51 с шириной Wh в направлении по оси Y и в направлении по оси X опорной стойки 45, соответственно.
[0087] Ld и Wd представляют собой длину и ширину, соответственно, каждой магнитной пластины 51, отличной от магнитных пластин 51, имеющих длину Lh, и магнитных пластин 51, имеющих ширину Wh. Ld представляет собой частное (Lc-Lh)/2, деленное на целое число. Wd представляет собой частное (Wc-Wh)/2, деленное на целое число. Ld и Wd являются аналогичными расстоянию Pa от внешнего периферийного края магнитного сердечника 5 до внешнего краевого фрагмента 3E катушки 3 и ширине Ww катушки 3 в направлении S изнутри наружу. Ld и Wd определяются таким образом, чтобы удовлетворять этому условию. В силу этого, зазоры 50, которые располагаются вдоль внешнего периферийного края магнитного сердечника 5 и являются ближайшими к внешнему периферийному краю магнитного сердечника 5, расположены около внутреннего краевого фрагмента 3E катушки 3.
[0088] Согласно блоку катушки согласно четвертому варианту осуществления, опорная стойка 45, расположенная таким образом, что она совпадает с осью O катушки, может повышать механическую прочность. Блок 11F катушки на стороне земли может прижиматься посредством транспортного средства 20, но за счет включения опорной стойки 45, блок 11F катушки на стороне земли может иметь уменьшенную вероятность поломки.
[0089] Дополнительно, блок катушки согласно четвертому варианту осуществления включает в себя, на внешнем периферийном краю магнитного сердечника 5, магнитные пластины 51, имеющие размер в направлении S изнутри наружу, аналогичный сумме расстояния Pa и ширины Ww, и в силу этого упрощает позиционное управление зазорами 50. Таким образом, блок катушки согласно четвертому варианту осуществления может уменьшать разность потенциалов между магнитными пластинами 51 и снижать риск пробоя диэлектрика между магнитными пластинами 51.
[0090] Другие варианты осуществления
Хотя выше описываются варианты осуществления настоящего изобретения, описания и чертежи, которые составляют часть настоящего раскрытия сущности, не должны истолковываться как ограничивающие настоящее изобретение. Из этого раскрытия сущности, различные альтернативные варианты осуществления, примеры и рабочие технологии должны становиться очевидными для специалистов в данной области техники.
[0091] Например, катушка 3 имеет практически прямоугольную кольцевую форму при виде вдоль оси O катушки в первом-четвертом вариантах осуществления, описанных выше, но форма катушки 3 не ограничена этим. Например, когда электрический провод 31 укладывается бок о бок с самим собой в направлении, ортогональном к направлению T прохождения, направление укладки бок о бок соответствует направлению S изнутри наружу. В этом случае, магнитные пластины 51, смежные с уложенным электрическим проводом 31, размещаются таким образом, чтобы формировать зазоры 50, которые пересекают направление, в котором электрический провод 31 укладывается бок о бок с самим собой, и которые расположены около краевого фрагмента 3E катушки 3.
[0092] Само собой разумеется, что настоящее изобретение включает в себя различные другие варианты осуществления и т.п., не описанные в данном документе, к примеру, конфигурации, полученные посредством применения вышеописанных конфигураций друг к другу. Соответственно, объем настоящего изобретения должен определяться только посредством предметов, которые должны задавать изобретение в объеме формулы изобретения, считающемся надлежащим на основе описания.
Список ссылочных обозначений
[0093] 1 - устройство подачи мощности
2 - устройство приема мощности
3, 3a - катушка
3E, 3aE - краевой фрагмент
11, 11A - 11F - блок катушки на стороне земли (блок катушки)
21 - блок катушки на стороне транспортного средства (блок катушки)
31, 31a - электрический провод
50, 50a - зазор
51, 51a - магнитная пластина
51-1 - магнитная пластина (первая магнитная пластина)
51-2 - магнитная пластина (вторая магнитная пластина)
51-3 - магнитная пластина (третья магнитная пластина)
O - ось катушки
P - первая плоскость
Q - вторая плоскость
S - направление изнутри наружу