[发明专利]非接触供电变压器

说明书

技术领域

本发明涉及以非接触方式对电动车等进行供电的非接触供电变压器，尤其涉及变压器的散热特性的改善。

背景技术

作为对电动车、插电式混合动力汽车的电池进行充电的系统，开发了一种如图17所示那样将非接触供电变压器的次级侧线圈(受电线圈)20搭载于车辆的地板面，利用电磁感应从设置于地上侧的初级侧线圈(输电线圈)10以非接触方式进行供电的方式。

在下述专利文献1中，公开了一种如图18A、图18B所示那样，将绕组(电线)以螺旋状且扁平地缠绕于平板状的铁氧体磁芯21、31的单面而构成的线圈，来作为该系统所使用的非接触供电变压器的输电线圈10以及受电线圈20。因仅在铁氧体磁芯21、31的单侧缠绕有绕组22、32，所以将该形式的线圈称为“单侧缠绕线圈”。其中，图18A是输电线圈以及受电线圈的剖面图，图18B是输电线圈或者受电线圈的俯视图。

对于使用单侧缠绕线圈的非接触供电变压器而言，若车辆的停车位置偏移从而输电线圈与受电线圈没有正对或者输电线圈与受电线圈之间的间隙g变动，则供电效率大幅度下降。若欲使针对这样的位置偏移、间隙g变动的允许量增大，则需要增大输电线圈以及受电线圈的大小w。

在下述专利文献2中，公开了一种位置偏移、间隙变动的允许量大且能够构成为小型的非接触供电变压器。如图19A、图19B所示，在该非接触供电变压器中，在铁氧体芯体61、63的周围缠绕绕组62、64来构成输电线圈以及受电线圈。将该线圈称为“两侧缠绕线圈”。另外，在这里，如图19B所示，使用“方型芯体”作为铁氧体芯体61、63。其中，图19A是输电线圈以及受电线圈的剖面图，图19B是输电线圈或者受电线圈的俯视图。

在该非接触供电变压器中，产生通过铁氧体芯体61、63的磁极部而巡回的主磁通67。与此同时，生成在输电线圈、受电线圈的非对置面侧迂回的漏磁通68、69。若该漏磁通68、69侵入车体的地板的铁板等，则感应电流流动从而铁板被加热，供电效率降低。为了避免该情况，需要在使用两侧缠绕线圈的非接触供电变压器中，在输电线圈以及受电线圈的背面配置由铝板等非磁性良导体构成的电磁屏蔽金属板65、66来电磁屏蔽漏磁通68、69。

另外，在下述专利文献3中，为了实现两侧缠绕线圈的进一步小型轻量化，公开了一种如图20A～图20F所示那样，将铁氧体芯体40构成为H字形，将H字两侧相平行的部分作为磁极部41、42，将绕组50缠绕于与H字的横棒相当的部分43(连结磁极部间的部分)的输电线圈以及受电线圈。其中，图20A是在铁氧体芯体40缠绕有绕组50的状态，图20D是在铁氧体芯体40未缠绕绕组50的状态。另外，图20B是沿着图20A的A-A线的剖面图，图20C是沿着图20A的B-B线的剖面图。同样，图20E是沿着图20D的A-A线的剖面图，图20F是沿着图20D的B-B线的剖面图。

在使利用了该H字形芯体的两侧缠绕线圈而构成的输电线圈以及受电线圈以标准间隙长70mm的间隔对置来进行3kW供电的情况下，能够得到如下的供电特性：变压器的效率为95％，左右方向(图20A的y方向)的位置偏移允许量为±150mm，前后方向(图20A的x方向)的位置偏移允许量为±60mm，另外将标准间隙长扩大至100mm时的效率为92％。

专利文献1:日本特开2008-87733号公报

专利文献2:日本特开2010-172084号公报

专利文献3:日本特开2011-50127号公报

在向移动体的电池的充电中，希望实现缩短充电时间的急速充电，为了应对该情况，进行着能够大功率供电的非接触供电变压器的开发。

在利用电磁感应的移动体的非接触供电系统中，在输电线圈中流动10kHz～200kHz左右的高频电流，产生高频磁通，因而在该磁通通过的输电线圈以及受电线圈的芯体部分，因铁损而温度上升。

虽然两侧缠绕线圈能够小型化，但伴随于此，热容量变小，所以因芯体部分的铁损、绕组的铜损而温度易于上升。因此，为了得到能够大功率供电的两侧缠绕线圈，散热措施是不可或缺的。

图21示出用具有H字形芯体的10kW用的两侧缠绕线圈构成输电线圈以及受电线圈并关于线圈的各部的温度与供电时间之间的关系而测定出的温度上升实验结果。在这里，在50分钟内测定输电线圈的初级侧芯体、初级侧线圈以及初级侧铝板(相当于图19所示的磁屏蔽用的铝板亦即电磁屏蔽金属板65)和受电线圈的次级侧芯体、次级侧线圈以及次级侧铝板(相当于图19所示的磁屏蔽用的铝板亦即电磁屏蔽金属板66)的温度、室温以及供电效率。