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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abschirmelement und eine Energieübertragungseinheit.
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Beschreibung des Standes der Technik
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Eine bekannte Energieübertragungseinheit überträgt elektrische Energie in einer kontaktlosen Weise. Zum Beispiel umfasst die Energieübertragungseinheit eine Energieübertragungsspule, die elektrische Energie überträgt, und ein Abschirmelement, das ein von der Energieübertragungsspule erzeugtes magnetisches Streufeld abschirmt (siehe zum Beispiel die
japanische Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer 2014-113021 ).
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Bei der bekannten Energieübertragungseinheit kann ein Wirbelstrom, der ein Magnetfeld der Energieübertragungsspule aufhebt, durch das Abschirmelement fließen. Der Fluss des Wirbelstroms kann die Übertragung von elektrischer Energie durch die Energieübertragungseinheit behindern. In dieser Hinsicht müssen noch weitere Verbesserungen vorgenommen werden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die vorangehende Situation gemacht, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Abschirmelement und eine Energieübertragungseinheit bereitzustellen, die in der Lage sind, eine Verringerung der Energieübertragungseffizienz zu verhindern.
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Um das oben genannte Ziel zu erreichen, umfasst ein Abschirmelement gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Abschirmwand, die ringförmig um eine Achse ausgebildet ist, und eine Magnetkraft abschirmt, die durch eine Energieübertragungsspule erzeugt wird, die innerhalb der Abschirmwand angeordnet ist, wobei die Abschirmwand derart ausgebildet ist, dass ein Abstand zwischen einander zugewandten Wandflächen in einer die Achse schneidenden Schnittrichtung in einer größeren Entfernung von einer ersten Seite in Richtung einer zweiten Seite in einer entlang der Achse verlaufenden axialen Richtung breiter ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es in dem Abschirmelement möglich, zu konfigurieren, dass die Abschirmwand so ausgebildet ist, dass sie eine bogenförmige Querschnittsform entlang der axialen Richtung aufweist.
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Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es in dem Abschirmelement möglich, zu konfigurieren, dass die Abschirmwand so ausgebildet ist, dass sie entlang der axialen Richtung eine rechteckige Querschnittsform aufweist.
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Um die oben erwähnte Aufgabe zu lösen, weist eine Energieübertragungseinheit gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Energieübertragungsspule auf, die elektrische Energie zu einer Gegenseiten-Energieübertragungsspule in einer kontaktlosen Weise überträgt; und ein Abschirmelement, das eine Abschirmwand aufweist, die ringförmig um eine Achse ausgebildet ist und eine Magnetkraft abschirmt, die durch die Energieübertragungsspule erzeugt wird, die innerhalb der Abschirmwand angeordnet ist, wobei die Abschirmwand derart ausgebildet ist, dass ein Abstand zwischen Wandflächen, die in einer die Achse schneidenden Schnittrichtung einander zugewandt sind, in Richtung der Gegenseiten-Energieübertragungsspule breiter ist.
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Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale, Vorteile und technische und industrielle Bedeutung dieser Erfindung werden durch Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung gegenwärtig bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung besser verstanden, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen betrachtet werden.
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Figurenliste
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- 1 ist eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Konfiguration einer Energieübertragungseinheit gemäß einer Ausführungsform;
- 2 ist eine perspektivische Explosionsansicht der beispielhaften Konfiguration der Energieübertragungseinheit gemäß der vorliegenden Ausführungsform;
- 3 ist eine Querschnittsansicht, die die beispielhafte Konfiguration einer Energieübertragungsspule gemäß der vorliegenden Ausführungsform entlang der Linie V-V in 3 darstellt;
- 4 ist eine perspektivische Ansicht der beispielhaften Konfiguration der Energieübertragungseinheit gemäß der vorliegenden Ausführungsform, von der ein äußeres Gehäuse entfernt worden ist;
- 5 ist eine Querschnittsansicht, die die Energieübertragungseinheit gemäß der vorliegenden Ausführungsform entlang der Linie M-M in 4 zeigt;
- 6 ist eine Querschnittsansicht der Energieübertragungseinheit auf einer Energieübertragungsseite und auf einer Energieempfangsseite gemäß der vorliegenden Ausführungsform;
- 7 ist eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Konfiguration eines Abschirmelements gemäß einem Vergleichsbeispiel;
- 8 ist ein Diagramm, das einen Betrieb des Abschirmelements in dem Vergleichsbeispiel veranschaulicht;
- 9 ist ein Diagramm, das eine Operation des Abschirmelements gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt;
- 10 ist ein Diagramm, das die Abschirmleistung des Abschirmelements gemäß der vorliegenden Ausführungsform und des Vergleichsbeispiels zeigt;
- 11 ist eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Konfiguration eines Abschirmelements gemäß einer Modifikation;
- 12 ist ein Diagramm, das eine Operation des Abschirmelements in der Modifikation darstellt; und
- 13 ist ein Diagramm, das die Abschirmleistung des Abschirmelements in der Modifikation zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die folgenden Einzelheiten zeigen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen eine Ausführungsform zum Ausführen der Erfindung. Die folgenden Beschreibungen zeigen nur eine beispielhafte Ausführungsform und sind nicht als einschränkend zu betrachten. Die im Folgenden beschriebenen Elemente umfassen solche, die von Fachleuten auf dem Gebiet leicht verstanden werden können, und solche, die im Wesentlichen miteinander identisch sind. Darüber hinaus können die nachstehend beschriebenen Konfigurationen gegebenenfalls miteinander kombiniert werden. Verschiedene Auslassungen, Ersetzungen und Änderungen in der Form der hierin beschriebenen Konfigurationen können vorgenommen werden, ohne vom Geiste der Erfindung abzuweichen.
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Ausführungsform
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Im Folgenden wird eine Energieübertragungseinheit 1 gemäß einer Ausführungsform beschrieben. Die Energieübertragungseinheit 1 überträgt elektrische Energie in einer kontaktlosen Weise und kommuniziert drahtlos Signale. Die Energieübertragungseinheit 1 funktioniert auf einer Energieübertragungsseite, auf der elektrische Energie übertragen wird, oder auf einer Energieempfangsseite, auf der die elektrische Leistung empfangen wird. Die Energieübertragungseinheit 1 kann beispielsweise zum Laden einer Speicherbatterie verwendet werden, die an einem nicht dargestellten Fahrzeug angeordnet ist. In diesem Fall kann die Energieübertragungseinheit 1 auf der Energieempfangsseite beispielsweise an einer Bodenfläche des Fahrzeugs angeordnet sein und mit der Speicherbatterie des Fahrzeugs verbunden sein. Die Energieübertragungseinheit 1 auf der Energieübertragungsseite kann beispielsweise auf dem Boden einer nicht dargestellten und mit einer Energiequelle verbundenen Ladestation angeordnet sein. Die Energieübertragungseinheit 1 auf der Energieempfangsseite überträgt in einem Zustand, in dem die Energieübertragungseinheit 1 auf der Energieübertragungsseite der Energieübertragungseinheit 1 auf der Energieempfangsseite zugewandt ist, elektrische Energie, die von der Energiequelle zur Energieübertragung geliefert wird, z.B. auf der Energieempfangsseite durch Magnetresonanz. Die Energieübertragungseinheit 1 auf der Energieübertragungsseite empfängt die von der Energieübertragungseinheit 1 auf der Energieübertragungsseite übertragene elektrische Energie und gibt die empfangene elektrische Energie an die Speicherbatterie des Fahrzeugs aus. Die Energieübertragungseinheit 1 auf der Energieübertragungsseite und die Energieübertragungseinheit 1 auf der Energieempfangsseite teilen sich eine identische Hauptkonfiguration und die folgenden Beschreibungen der Energieübertragungseinheit 1 sind auf die Energieübertragungseinheit 1 auf der Energieübertragungsseite und die Energieübertragungseinheit 1 auf der Energieempfangsseite anwendbar, wenn nicht anders angegeben.
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Wie gezeigt in 1 und 2, umfasst die Energieübertragungseinheit 1 ein Substrat 10, eine Energieübertragungsspule 20, ein Ferritelement 30 als ein magnetisches Element, ein Abschirmelement 40, einen Kommunikationskoppler 50 als eine Kommunikationseinheit, ein inneres Gehäuse 60 als ein Inneres Element, und ein äußeres Gehäuse 70 als ein äußeres Element.
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Es wird hier angemerkt, dass sich eine axiale Richtung entlang einer Achse X erstreckt. Die Energieübertragungsspule 20 ist an der oberen Seite in der axialen Richtung angeordnet. Das Substrat 10 ist an der unteren Seite in der axialen Richtung angeordnet. Eine Schnittrichtung erstreckt sich, um die axiale Richtung zu schneiden. Eine orthogonale Richtung ist orthogonal zur axialen Richtung.
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Das Substrat 10 ist eine so genannte Leiterplatte 10 und bildet eine elektronische Schaltung, die verschiedene Arten von darauf angebrachten elektronischen Bauteilen 11 elektrisch verbindet. Beispiele für die elektronischen Komponenten 11 umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, einen Resonanzkondensator. Das Substrat 10 umfasst eine isolierende Schicht, die aus einem isolierenden Material gebildet ist, wie etwa Epoxidharz, Glasepoxidharz, Papierepoxyharz und Keramik, auf dem ein Verdrahtungsmuster (gedrucktes Muster) aus Kupferfolie oder einem anderen leitfähigen Material ausgebildet ist. Das Substrat 10 ist elektrisch mit der Energieübertragungsspule 20 verbunden.
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Die Energieübertragungsspule 20 überträgt elektrische Energie in einer kontaktlosen Weise. Die Energieübertragungsspule 20 und der Resonanzkondensator bilden einen LC-Resonanzkreis. Zum Beispiel umfasst die Energieübertragungsspule 20 eine Wicklung 22, ein Wicklungsanfangsende 23, einen Zwischenabschnitt 24 und ein Wicklungsabschlussende 25. Die Wicklung 22 umfasst einen Leiterdraht 21, der um die Achse X in eine Spiralform gewickelt ist. Das Wicklungsanfangsende 23 ist ein Ende des Leiterdrahts 21, an dem die Wicklung beginnt. Der Zwischenabschnitt 24 ist ein Abschnitt zwischen dem Wicklungsanfangsende 23 und der Wicklung 22. Das Wicklungsabschlussende 25 ist ein Ende des Leiterdrahts 21, an dem die Wicklung endet. Der Leiterdraht 21 ist beispielsweise ein Litzendraht, der eine Vielzahl von miteinander verdrillten Leiterlitzen umfasst. Die Wicklung 22 stellt einen Abschnitt des Leiterdrahtes 21 dar, der um eine Vielzahl von Windungen von der Innenseite zur Außenseite entlang der Schnittrichtung gewickelt ist, die die axiale Richtung zu einer Spiralform schneidet. Typischerweise wird die Wicklung 22 mehrere Male von der Innenseite zur Außenseite entlang der orthogonalen Richtung, die orthogonal zur Axialrichtung ist, gewickelt. Der Zwischenabschnitt 24 stellt einen Teil des Leiterdrahtes 21 dar, der sich quer von der Innenseite zur Außenseite der Wicklung 22 erstreckt. Der Zwischenabschnitt 24 ist entlang der axialen Richtung zusammengedrückt und an der Wicklung 22 durch einen Klebstoff befestigt. Das Wicklungsanfangsende 23 und das Wicklungsabschlussende 25 sind außerhalb der Wicklung 22 von der Axialrichtung aus gesehen angeordnet. Das Wicklungsanfangsende 23 und das Wicklungsabschlussende 25 sind mit dem Substrat 10 verbunden.
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Wie in 3 gezeigt, ist die Wicklung 22 der Leiterdraht 21, der entlang der axialen Richtung zusammengedrückt und durch einen Klebstoff beschichtet und befestigt ist. Diese Anordnung führt dazu, dass der Leiterdraht 21 in der Wicklung 22 einen Querschnitt hat, der verformt ist und zu einer Plattenform ausgebildet ist, wobei Räume zwischen benachbarten Leiterdrähten 21 geschlossen sind. Infolgedessen ist die Energieübertragungsspule 20 so ausgebildet, dass eine Dicke H1 in der axialen Richtung der Wicklung 22 dünner ist als ein Außendurchmesser H2 des Wicklungsanfangsendes 23 (z.B. W-W-Querschnitt) und ein Außendurchmesser H3 von dem Wicklungsabschlussende 25. Die vorhergehende Anordnung ermöglicht, dass die Energieübertragungsspule 20 die Variation in einer Spulenform reduziert und die Toleranz eines Induktivitätswerts minimiert. Somit kann die Energieübertragungsspule 20 eine Variation der Spulenleistung reduzieren, um dadurch eine geeignete Spulenleistung zu erzielen. Es ist anzumerken, dass die Energieübertragungsspule 20 aus einem einzelnen Leiterdraht 21 gebildet ist, der in eine Form gewickelt ist, so dass der Außendurchmesser H2 des Wicklungsanfangsendes 23 eine Dicke aufweist, die einer Dicke des Außendurchmessers H3 des Wicklungsabschlussendes 25 entspricht.
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Das Ferritelement 30 enthält ein magnetisches Material. Das Ferritelement 30 ist beispielsweise aus einem komplexen Oxid gebildet, das aus Eisenoxid kombiniert mit einem Metall besteht. Das Ferritelement 30 ist beispielsweise in einer rechteckigen Plattenform mit einer Größe ausgebildet, die gleich einer Größe der Energieübertragungsspule 20 ist. Das Ferritelement 30 ist so angeordnet, dass es der Energieübertragungsspule 20 entlang der axialen Richtung zugewandt ist. Das Ferritelement 30 lässt eine durch die Energieübertragungsspule 20 erzeugte magnetische Kraft durch, um dadurch einen Verlust der magnetischen Kraft zu verhindern.
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Das Abschirmelement 40 schirmt eine überschüssige Magnetkraft (Leck Magnetfeld) der Energieübertragungsspule 20 ab, die beispielsweise Rauschen verursachen kann. Das Abschirmelement 40 ist beispielsweise aus einem Metall mit hoher elektrischer Leitfähigkeit, wie Kupfer und Aluminium gebildet. Das Abschirmelement 40 umfasst eine Abschirmwand 41. Die Abschirmwand 41 ist ringförmig um die Achse X ausgebildet und hat beide axialen Enden offen. Die Abschirmwand 41 ist beispielsweise aus einem langen Plattenteil gebildet, das eine Windung um die Achse X gewickelt ist. Die Abschirmwand 41 ist in einer im wesentlichen rechteckigen Form ausgebildet, wenn sie aus der axialen Richtung betrachtet wird, und weist vier abgerundete Ecken auf. Wie gezeigt in 4 und 5, ist die Abschirmwand 41 zum Beispiel derart angeordnet, dass sie die Energieübertragungsspule 20 und das Ferritelement 30 an einer Position umgibt, die sich entlang der Schnittrichtung erstreckt. Insbesondere ist die Abschirmwand 41 außerhalb der Energieübertragungsspule 20 und des Ferritelements 30 angeordnet, um so die Energieübertragungsspule 20 und das Ferritelement 30 zu umgeben und, von der Schnittrichtung gesehen, die Energieübertragungsspule 20 und das Ferritelement 30 zu überlappen.
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Die Abschirmwand 41 ist zu einer Gegenseiten-Energieübertragungsspule 20A aufgeweitet. Insbesondere weist die Abschirmwand 41 Wandflächen 41a auf. Die Wandflächen 41a sind einander in der Schnittrichtung zugewandt. Die Abschirmwand 41 ist derart ausgebildet, dass ein Abstand P zwischen den Wandflächen 41a, die einander in der Schnittrichtung zugewandt sind, in einer größeren Entfernung von einer ersten Seite (unteren Seite) zu einer zweiten Seite (oberen Seite) in der axialen Richtung breiter ist (siehe 5 und 6). Die vorstehende Anordnung ermöglicht, dass die Abschirmwand 41 verhindert, dass Magnetfeldlinien (Flusslinien) der Energieübertragungsspule 20 orthogonal zu der Abschirmwand 41 sind. Somit kann die Abschirmwand 41 verhindern, dass ein Wirbelstrom, der eine Magnetfeldauslöschvariation in dem Magnetfeld durch die Energieübertragungsspule 20 erzeugt, fließt und somit eine Verringerung der Energieübertragungseffizienz verhindern kann. Zusätzlich weist die Abschirmwand 41 einen Schnittabschnitt 41b auf. Der Schnittabschnitt 41b wurde entlang der axialen Richtung geschnitten und ist zu einem Bogen geformt, der nach außen von der Abschirmwand 41 gekrümmt ist. Diese Anordnung ermöglicht, dass die Abschirmwand 41 weiter verhindert, dass der Wirbelstrom fließt.
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Der Kommunikationskoppler 50 ist eine Antenne, die Signale sendet und empfängt. Der Kommunikationskoppler 50 ist ringförmig um die Achse X ausgebildet. Der Kommunikationskoppler 50 umfasst beispielsweise einen Antennendraht 51. Der Antennendraht 51 ist mehrere (z.B. drei) Male um die Achse X in eine Spiralform gewickelt. Der Kommunikationskoppler 50 hat ein erstes Ende 52 und ein zweites Ende 53. Das erste Ende 52 ist ein Ende des Antennendrahts 51, an dem die Wicklung beginnt. Das zweite Ende 53 ist ein Ende des Antennendrahts 51, an dem die Wicklung endet. Das erste Ende 52 und das zweite Ende 53 sind mit dem Substrat 10 verbunden. Der Kommunikationskoppler 50 ist in einer im Wesentlichen rechteckigen Form ausgebildet, wenn er aus der axialen Richtung betrachtet wird. Der Kommunikationskoppler 50 ist so angeordnet, dass er die Energieübertragungsspule 20 an einer Position umgibt, die sich entlang der Schnittrichtung erstreckt. Insbesondere ist der Kommunikationskoppler 50 außerhalb der Energieübertragungsspule 20 angeordnet, um die Energieübertragungsspule 20 zu umgeben. Das Abschirmelement 40 ist zwischen dem Kommunikationskoppler 50 und der Energieübertragungsspule 20 in der Schnittrichtung angeordnet. Die vorangehende Anordnung ermöglicht, dass das Abschirmelement 40 verhindert, dass die Magnetkraft der Energieübertragungsspule 20 den Kommunikationskoppler 50 beeinflusst. Der Kommunikationskoppler 50 kann somit verhindern, dass Eigenschaften geändert werden, um dadurch den Verlust von Signalen zu reduzieren. Der Kommunikationskoppler 50 kann somit verhindern, dass die Kommunikationsqualität verschlechtert wird.
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Das innere Gehäuse 60 ist innerhalb des äußeren Gehäuses 70 untergebracht. Das innere Gehäuse 60 ist beispielsweise aus einem isolierenden synthetischen Harz gebildet und durch eine wohlbekannte Spritzgießtechnik geformt. Das innere Gehäuse 60 definiert relative Positionen des Substrats 10, der Energieübertragungsspule 20 und des Ferritelements 30 in einer Weise, dass es in der Lage ist, elektrische Leistung zu der Gegenseiten-Energieübertragungsspule 20A zu übertragen. Zusätzlich definiert das innere Gehäuse 60 relative Positionen des Abschirmelements 40 und des Kommunikationskopplers 50 in einer Weise, dass es in der Lage ist, mit einem Gegenseite-Kommunikationskoppler 50A zu kommunizieren. Das Substrat 10, die Energieübertragungsspule 20, das Ferritelement 30, das Abschirmelement 40 und der Kommunikationskoppler 50 sind an dem inneren Gehäuse 60 montiert. Die Montage ermöglicht, dass die Energieübertragungseinheit 1 das innere Gehäuse 60, in dem Komponenten einschließlich des Substrats 10, der Energieübertragungsspule 20, des Ferritelements 30, des Abschirmelements 40 und des Kommunikationskopplers 50 positioniert und montiert sind, in dem äußeren Gehäuse 70 aufnimmt. Die vorstehenden Anordnungen ermöglichen es der Energieübertragungseinheit 1, relative Positionen der Komponenten einfach und genau zu definieren und die Komponenten einfach zu halten, verglichen beispielsweise mit einer Konfiguration, in der die Komponenten direkt innerhalb des äußeren Gehäuses 70 montiert sind. Somit kann die Energieübertragungseinheit 1 relative Positionen in Bezug auf die Komponenten in einer Gegenseiten-Energieübertragungseinheit 1A genau definieren.
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Das innere Gehäuse 60 umfasst eine Stützplatte 61, eine aufrechte Wand 62 und eine Gehäusekammer 63. Die Stützplatte 61 ist so angeordnet, dass sie die Achse X schneidet. Die aufrechte Wand 62 steht von der Stützplatte 61 auf und erstreckt sich ringförmig um die Achse X. Aus der axialen Richtung gesehen ist die aufrechte Wand 62 im Wesentlichen rechteckig ausgebildet gestalten. Die aufrechte Wand 62 weist eine äußere Umfangsform auf, die mit einer inneren Umfangsform des Kommunikationskopplers 50 identisch ist. Zum Beispiel kann der Kommunikationskoppler 50 um eine äußere Oberfläche der aufrechten Wand 62 gewickelt sein, um dadurch an der aufrechten Wand 62 montiert zu sein. Die aufrechte Wand 62 weist eine innere Umfangsform auf, die mit einer äußeren Umfangsform des Abschirmelements 40 identisch ist. Die aufrechte Wand 62 weist an ihrer Innenseite einen gekrümmten Stützabschnitt 62a auf. Der Stützabschnitt 62a trägt eine äußere Oberfläche des Abschirmelements 40. Das Abschirmelement 40 wird durch den Stützabschnitt 62a gestützt, um dadurch in der aufrechten Wand 62 montiert zu werden. Das Abschirmelement 40 ist an dem Stützabschnitt 62a unter Verwendung von beispielsweise Klebeband (nicht dargestellt) befestigt, so dass das Abschirmelement 40 in der aufrechten Wand 62 montiert werden kann. Die aufrechte Wand 62 hat einen Ausschnitt 61a in einer Kante davon auf der oberen Seite in der axialen Richtung. Der Ausschnitt 61a wird durch Schneiden eines Teils der Kante der aufrechten Wand 62 auf der oberen Seite in der axialen Richtung gebildet. Der Ausschnitt 61a ermöglicht, dass ein Vergussmaterial oder ein Schmelzmaterial leicht in das Innere des Innengehäuses 60 fließt.
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Die Gehäusekammer 63 ist in einer Quaderform ausgebildet und innerhalb der aufrechten Wand 62 angeordnet. Die Gehäusekammer 63 umfasst einen Raum 63a, eine Einführöffnung 63b und einen Montageabschnitt 63c. Der Raum 63a beherbergt die Energieübertragungsspule 20. Die Einführöffnung 63b ist eine Öffnung, über die die Energieübertragungsspule 20 in den Raum 63a eingeführt wird. Der Montageabschnitt 63c ist ein Abschnitt, an dem ein Thermistor zum Messen der Temperatur der Energieübertragungsspule 20 und zum Erfassen eines Fremdkörpers (z.B. Fremdmetall), der in dem Außengehäuse 70 vorhanden ist, angebracht ist. In der Gehäusekammer 63 wird die Energieübertragungsspule 20 über die Einführöffnung 63b in den Raum 63a eingeführt und die eingeführte Energieübertragungsspule 20 wird dadurch in dem Raum 63a aufgenommen. In der Gehäusekammer 63 ist der Thermistor, der die Temperatur der Energieübertragungsspule 20 misst, die in dem Raum 63a untergebracht ist, und erfasst einen Fremdkörper, der in dem Außengehäuse 70 vorhanden ist, an dem Montageabschnitt 63c angebracht. Es ist anzumerken, dass das innere Gehäuse 60 derart konfiguriert ist, dass, damit die Energieübertragungsspule 20 über die Einführöffnung 63b in den Raum 63a eingeführt wird, ein Abschnitt 60a des inneren Gehäuses 60, der auf der Seite der Einführöffnung 63b angeordnet ist, von einem Hauptkörper 60b des Innengehäuses 60 getrennt sein kann.
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Das äußere Gehäuse 70 ist ein Gehäuse, das das innere Gehäuse 60 abdeckt. Das äußere Gehäuse 70 ist beispielsweise aus einem isolierenden Kunstharz gebildet und durch eine wohlbekannte Spritzgießtechnik geformt. Zum Beispiel umfasst das äußere Gehäuse 70 ein oberes Gehäuse 71 und ein unteres Gehäuse 72. Das obere Gehäuse 71 ist auf der oberen Seite in der axialen Richtung angeordnet. Das untere Gehäuse 72 ist an der unteren Seite in der axialen Richtung angeordnet. Das äußere Gehäuse 70 ist zu einer Kastenform ausgebildet, indem das obere Gehäuse 71 mit dem unteren Gehäuse 72 in der axialen Richtung zusammengebaut ist. Das äußere Gehäuse 70 weist eine Verbinderöffnung 73 auf. Eine Verbinderverbindung 11a, die auf dem Substrat 10 angeordnet ist, ist durch die Verbinderöffnung 73 freigelegt. Das obere Gehäuse 71 und das untere Gehäuse 72 des äußeren Gehäuses 70 überdecken allgemein das innere Gehäuse 60, auf dem das Substrat 10, die Energieübertragungsspule 20, das Ferritelement 30, das Abschirmelement 40 und der Kommunikationskoppler 50 zusammengebaut wurden.
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Wie oben beschrieben, umfassen das Abschirmelement 40 und die Energieübertragungseinheit 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Abschirmwand 41. Die Abschirmungswand 41 schirmt eine Magnetkraft ab, die durch die Energieübertragungsspule 20 erzeugt wird, die ringförmig um die Achse X herum ausgebildet und innerhalb des Abschirmungselements 40 angeordnet ist. Die Abschirmwand 41 ist so ausgebildet, dass der Abstand P zwischen den Wandflächen 41a, die einander in der Schnittrichtung zugewandt sind, in einer größeren Entfernung von der ersten Seite zu der zweiten Seite in der axialen Richtung breiter ist. Die vorstehenden Anordnungen ermöglichen, dass das Abschirmelement 40 und die Energieübertragungseinheit 1 verhindern, dass die Magnetfeldlinien der Energieübertragungsspule 20 orthogonal zu den Wandflächen 41a der Abschirmwand 41 sind. Somit können das Abschirmelement 40 und die Energieübertragungseinheit 1 verhindern, dass ein Wirbelstrom auftritt, und verhindern, dass die Energieübertragungseffizienz reduziert wird.
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Das Folgende vergleicht das Abschirmelement 40 gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit einem Abschirmelement 40A in einem Vergleichsbeispiel hinsichtlich der Abschirmungsleistung. Wie in 7 gezeigt, umfasst das Abschirmelement 40A in dem Vergleichsbeispiel beispielsweise eine Abschirmwand 41A. Die Abschirmwand 41A ist ringförmig um die Achse X ausgebildet. Die Abschirmwand 41A ist in einer aus der Axialrichtung gesehen rechteckigen Form ausgebildet. Die Abschirmwand 41A ist derart ausgebildet, dass ein Abstand P1 zwischen Wandflächen 41c, die einander in der Schnittrichtung gegenüberliegen, in der axialen Richtung von einer ersten Seite zu einer zweiten Seite gleichbleibt. Wie in 8 gezeigt, erstrecken sich die magnetischen Feldlinien (Flusslinien) der Energieübertragungsspule 20 sehr oft relativ orthogonal in einer Zone N1 der Abschirmwand 41A. Im Gegensatz dazu ist die Abschirmwand 41 gemäß der vorliegenden Ausführungsform so ausgebildet, dass der Abstand P zwischen den Wandflächen 41 a zu der Seite der Gegenseiten-Energieübertragungsspule 20A hin breiter ist und die Abschirmwand 41 bogenförmig ausgebildet ist. Als ein Ergebnis wird, wie in 9 gezeigt, kann die Abschirmwand 41 gemäß der vorliegenden Ausführungsform verhindern, dass die Magnetfeldlinien der Energieübertragungsspule 20 in einer Zone N2 im Vergleich zu der Abschirmwand 41A orthogonal sind. Insbesondere kann die Abschirmwand 41, da sie bogenförmig ausgebildet ist, um sich entlang der Magnetfeldlinien der Energieübertragungsspule 20 zu erstrecken, verhindern, dass die Magnetfeldlinien orthogonal sind.
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10 ist ein Diagramm, das die Abschirmleistung des Abschirmelements 40 gemäß der vorliegenden Ausführungsform und des Abschirmelements 40A in dem Vergleichsbeispiel zeigt. Das Abschirmelement 40 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist so ausgebildet, dass der Abstand in der Schnittrichtung in einem größeren Abstand von der Öffnung an der ersten Endseite in Richtung der Öffnung an der zweiten Endseite breiter ist. Das Abschirmelement 40A in dem Vergleichsbeispiel ist so ausgebildet, dass der Abstand in der Schnittrichtung von der Öffnung an der ersten Endseite zu der Öffnung an der zweiten Endseite hin gleichbleibt. Wie in 10 gezeigt, zeichnet das Abschirmelement 40 gemäß der vorliegenden Ausführungsform einen kleineren Abschirmungsverlust [W] als Verlust auf, der mit der Abschirmung der Magnetkraft verbunden ist, und erzielt somit eine höhere Leistungsübertragungseffizienz als das Abschirmelement 40A in dem Vergleichsbeispiel. Das Abschirmelement 40 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist eine geringere Intensität eines abgestrahlten Magnetfelds in der orthogonalen Richtung und der axialen Richtung auf und erzielt somit eine höhere Abschirmwirkung als das Abschirmelement 40A in dem Vergleichsbeispiel. Das Abschirmelement 40 gemäß der vorliegenden Ausführungsform hat eine höhere Induktivität L und einen kleineren Widerstand R als das Abschirmelement 40A in dem Vergleichsbeispiel, so dass ein Q-Wert, der ein Verhältnis der Induktivität L zu dem Widerstand R angibt, größer wird und die Energieübertragungseffizienz höher ist. Das Abschirmelement 40 gemäß der vorliegenden Ausführungsform behindert die magnetische Kraft zur Energieübertragung nicht, so dass das Abschirmelement 40 gemäß der vorliegenden Ausführungsform einen höheren Kopplungskoeffizienten k erreicht, um eine höhere Energieübertragungseffizienz als das Abschirmelement 40A in dem Vergleichsbeispiel zu erzielen. Somit können das Abschirmelement 40 und die Energieübertragungseinheit 1 eine Verringerung der Energieübertragungseffizienz durch eine einfache Konfiguration verhindern, ohne dass zusätzliche Teile hinzugefügt werden müssen. Außerdem können das Abschirmelement 40 und die Energieübertragungseinheit 1, da das Abschirmelement 40 in der Schnittrichtung nicht von der Energieübertragungsspule 20 beabstandet ist, verhindern, dass die Einheit in der Größe groß wird. Da außerdem in dem Abschirmelement 40 und der Energieübertragungseinheit 1 die Öffnungen auf beiden Seiten in der axialen Richtung offen sind, kann eine Verringerung der Materialmenge erreicht werden, die für das Abschirmelement 40 verwendet wird, so dass Gewicht und Kosten verringert werden. Zusätzlich tritt in dem Abschirmelement 40 und der Energieübertragungseinheit 1 der Wirbelstrom nicht ohne weiteres auf, und somit kann eine Verringerung der von dem Abschirmelement 40 erzeugten Wärme erreicht werden.
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Darüber hinaus weist die Abschirmwand 41 in dem Abschirmelement 40 eine bogenförmige Querschnittsform (Schnittabschnitt 41b) entlang der axialen Richtung auf. Diese Anordnung ermöglicht, dass die Abschirmwand 41 weiter verhindert, dass der Wirbelstrom fließt, da sich die Magnetfeldlinien der Energieübertragungsspule 20 so erstrecken, dass sie der Bogenform des Schnittabschnitts 41b folgen.
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Modifikationen
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Im Folgenden werden Modifikationen der Ausführungsform beschrieben. Das Abschirmelement 40, das für eine beispielhafte Anordnung beschrieben wurde, die eine bogenförmige Querschnittsform (Schnittabschnitt 41b) entlang der axialen Richtung aufweist, ist nur veranschaulichend und nicht einschränkend. Zum Beispiel ist ein Abschirmelement 40B derart ausgebildet, dass ein Abstand P2 zwischen Wandflächen 41d, die einander in der Schnittrichtung zugewandt sind, in einem längeren Abstand von einer ersten Seite zu einer zweiten Seite (der Seite der Gegenseiten-Energieübertragungsspule 20A) breiter ist) in axialer Richtung. Zusätzlich ist eine Abschirmwand 41B so ausgebildet, dass sie eine rechteckige Querschnittsform (Schnittabschnitt 41e) aufweist (siehe 11 und 12). Die vorstehenden Anordnungen ermöglichen, dass das Abschirmelement 40B verhindert, wie in 12 dargestellt, dass die Magnetfeldlinien der Energieübertragungsspule 20 zum Beispiel in einer Zone N3 orthogonal zu der Abschirmwand 41A in dem Vergleichsbeispiel sind. Insbesondere kann die Abschirmwand 41B, da sie in eine rechteckige Form ausgebildet ist, um den Magnetfeldlinien der Kraftübertragungsspule 20 zu folgen, verhindern, dass die Magnetfeldlinien orthogonal sind. Somit kann das Abschirmelement 40B verhindern, dass der Wirbelstrom auftritt, und eine Verringerung der Energieübertragungseffizienz verhindern.
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13 ist ein Diagramm, das die Abschirmleistung des Abschirmelements 40B in der Modifikation zeigt. Das Abschirmelement 40B in der Modifikation ist so ausgebildet, dass der Abstand in der Schnittrichtung in einem größeren Abstand von der Öffnung an der ersten Endseite in Richtung der Öffnung an der zweiten Endseite breiter ist. Wie in 13 gezeigt, zeichnet das Abschirmungselement 40B in der Modifikation einen kleineren Abschirmungsverlust [W] als den Verlust auf, der mit der Abschirmung der magnetischen Kraft verbunden ist, und erreicht somit eine höhere Energieübertragungseffizienz als das Abschirmungselement 40A in dem Vergleichsbeispiel. Das Abschirmelement 40B in der Modifikation weist eine geringere Intensität des abgestrahlten Magnetfelds in der orthogonalen Richtung und der axialen Richtung auf und erzielt somit eine höhere Abschirmwirkung als das Abschirmelement 40A in dem Vergleichsbeispiel. Das Abschirmelement 40B in der Modifikation hat eine höhere Induktivität L und einen kleineren Widerstand R als das Abschirmelement 40A in dem Vergleichsbeispiel, so dass der Q-Wert, der das Verhältnis der Induktivität L zu dem Widerstand R anzeigt, größer wird und die Energieübertragungseffizienz höher ist. Das Abschirmelement 40B in der Modifikation behindert die magnetische Kraft zur Leistungsübertragung nicht, so dass das Abschirmelement 40B in der Modifikation einen höheren Kopplungskoeffizienten k erreicht, um eine höhere Energieübertragungseffizienz als das Abschirmelement 40A in dem Vergleichsbeispiel zu erzielen.
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Das Substrat 10 wurde als eine Leiterplatte beschrieben, die nichtsdestoweniger nur veranschaulichend und nicht beschränkend ist. Das Substrat 10 kann beispielsweise ein Einschubsammelschienen-Substrat sein, das ein isolierendes Harz umfasst, in das eine elektrisch leitende Metall-Sammelschiene eingebaut ist, um verschiedene Schaltungen zu bilden.
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Die Energieübertragungsspule 20, die in einer Spiralform ausgebildet ist, ist nur veranschaulichend und nicht einschränkend. Die Energieübertragungsspule 20 kann zum Beispiel ein Solenoidtyp sein. Insbesondere kann die Energieübertragungsspule 20 um ein nicht dargestelltes Ferrit in eine Spiralform gewickelt sein. In diesem Fall ist die Energieübertragungsspule des Solenoidtyps so angeordnet, dass sich eine Spulenaxialrichtung erstreckt, um sich mit der Achse X zu schneiden (z.B. orthogonal zu dieser).
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Die Energieübertragungsspule 20 wurde so beschrieben, dass die Wicklung 22 komprimiert und mit einem Klebstoff beschichtet wird. Diese Anordnung ist nur veranschaulichend und nicht einschränkend. Die Energieübertragungsspule 20 kann die Wicklung 22 umfassen, die nicht durch einen Klebstoff komprimiert oder beschichtet ist.
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Das Ferritelement 30, von dem beschrieben wurde, dass es zu einer rechteckigen Platte geformt ist, dient nur der Veranschaulichung und ist nicht einschränkend. Das Ferritelement 30 kann beispielsweise in einer kreisförmigen Platte ausgebildet sein. Alternativ dazu kann eine Vielzahl von kleinen blockförmigen Ferritteilen zu einem einzigen Ferritteil geformt werden.
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Die Abschirmelemente 40 und 40B, von denen beschrieben wurde, dass sie die offenen Öffnungen auf beiden Seiten in der axialen Richtung aufweisen, sind nur veranschaulichend und nicht beschränkend. Zum Beispiel können die Abschirmelemente 40 und 40B Jeweils ein Ende auf der Seite des Ferritelements 30 in der axialen Richtung geschlossen haben.
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Das äußere Gehäuse 70, von dem beschrieben wurde, dass es in einer Kastenform ausgebildet ist, um das innere Gehäuse 60 vollständig abzudecken, dient nur der Veranschaulichung und ist nicht einschränkend. Zum Beispiel kann das äußere Gehäuse 70 so angeordnet sein, dass es das innere Gehäuse 60 von der oberen Seite in der axialen Richtung in einem Zustand abdeckt, in dem das innere Gehäuse 60, auf dem Komponenten montiert sind, auf einer Platzierungsoberfläche angeordnet ist.
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Das innere Gehäuse 60, das mit dem Substrat 10, der Energieübertragungsspule 20, dem Ferritelement 30, dem Abschirmelement 40 und dem Kommunikationskoppler 50 beschrieben wurde, der darauf beispielsweise unter Verwendung eines Klebebands montiert ist, dient nur zur Veranschaulichung und nicht einschränkend. Die Komponenten einschließlich des Substrats 10, der Energieübertragungsspule 20, des Ferritelements 30, des Abschirmelements 40 und des Kommunikationskopplers 50 können an dem inneren Gehäuse 60 beispielsweise durch Einsatzgießen montiert werden. In diesem Fall kann das Innengehäuse 60 im Vergleich zu einer Anordnung, bei der die Komponenten direkt an einem Außengehäuse montiert sind, das nicht durch Umspritzen dargestellt ist, eine beim Einsatzgießen zu verwendende Form vereinfachen. Dieses Merkmal ermöglicht, dass die Energieübertragungseinheit 1 die Herstellungskosten reduziert.
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Das Substrat 10 ist an dem inneren Gehäuse 60 auf der Seite, die der aufrechten Wand 62 der Stützplatte 61 gegenüberliegt, über eine Vielzahl von Abstandshaltern (nicht dargestellt) zusammengesetzt. Die Abstandshalter verhindern, dass das innere Gehäuse 60 die elektronischen Komponenten 11 auf dem Substrat 10 stört. Die Abstandshalter sind in einem stehenden Zustand auf einer Montageoberfläche 10a des Substrats 10 angeordnet. Das innere Gehäuse 60 weist an seinen Enden Bolzenbefestigungslöcher (nicht dargestellt) auf. Die Stützplatte 61 des inneren Gehäuses 60 hat eine Vielzahl von Bolzeneinsetzlöchern (nicht dargestellt). Die Bolzeneinsetzlöcher sind mit den jeweiligen Bolzenbefestigungslöchern in den jeweiligen Abstandshaltern ausgerichtet. In dem inneren Gehäuse 60 ist eine Vielzahl von Bolzen (nicht dargestellt) durch die jeweiligen Bolzeneinsetzlöcher hindurchgeführt, und diese Bolzen sind mit den jeweiligen Bolzenbefestigungslöchern befestigt. Dieser Schritt bewirkt, dass das Substrat 10 mit dem inneren Gehäuse 60 zusammengebaut wird. In der Ausführungsform ist die Stützplatte 61 des inneren Gehäuses 60 mit dem Substrat 10 zusammengebaut.
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Das Abschirmelement und die Energieübertragungseinheit gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfassen jeweils die Abschirmwand. Die Abschirmwand ist ringförmig um die Achse ausgebildet und schirmt die magnetische Kraft ab, die von der darin angeordneten Energieübertragungsspule erzeugt wird. Die Abschirmwand ist derart ausgebildet, dass der Abstand zwischen den Wandflächen, die einander in der Schnittrichtung zugewandt sind, in einer größeren Entfernung von der ersten Seite in der axialen Richtung, die sich entlang der Achse zu der zweiten Seite in der axialen Richtung erstreckt, breiter ist. Die vorstehenden Anordnungen ermöglichen, dass das Abschirmelement und die Energieübertragungsspule verhindern, dass die Magnetfeldlinien der Energieübertragungsspule orthogonal zu der Abschirmwand sind. Als ein Ergebnis können das Abschirmelement und die Energieübertragungseinheit verhindern, dass der Wirbelstrom auftritt, und eine Verringerung der Energieübertragungseffizienz verhindern.
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Obwohl die Erfindung in Bezug auf spezielle Ausführungsformen für eine vollständige und klare Offenbarung beschrieben wurde, sind die beigefügten Ansprüche nicht auf diese beschränkt, sondern sollen so ausgelegt werden, dass sie alle Modifikationen und alternativen Konstruktionen verkörpern, die einem Fachmann auf diesem Gebiet gerecht werden können und unter die hier dargelegte grundlegende Lehre fallen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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