JP2011204836A - Coil unit, noncontact power receiving device, noncontact power transmitting device, and vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、コイルユニット、非接触電力受電装置、非接触電力送電装置、および車両に関し、特に、電磁場の共鳴により電力を受電または送電の少なくとも一方が可能とされたコイルユニット等に関する。 The present invention relates to a coil unit, a contactless power receiving device, a contactless power transmitting device, and a vehicle, and more particularly to a coil unit that can receive power or transmit power by resonance of an electromagnetic field.
近年、車両に搭載されたバッテリを充電する方式として、非接触による充電方式が着目されている。 In recent years, a non-contact charging method has attracted attention as a method for charging a battery mounted on a vehicle.
たとえば、特開2009−106136号公報に記載された電動車両は、車両外部の一次自己共振コイルと磁場の共鳴により磁気的に結合され、一次自己共振コイルから電力を受電可能に構成された二次自己共振コイルと、電磁誘導によって二次自己共振コイルから受電可能に構成された二次コイルと、二次コイルが受電した電力を整流する整流器と、整流器によって整流された電力を蓄える蓄電装置と、蓄電装置から電力の供給を受けて車両駆動力を発生する電動機とを備える。 For example, an electric vehicle described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-106136 is a secondary that is configured to be magnetically coupled to a primary self-resonant coil outside the vehicle by magnetic field resonance and to receive power from the primary self-resonant coil. A self-resonant coil, a secondary coil configured to be able to receive power from the secondary self-resonant coil by electromagnetic induction, a rectifier that rectifies the power received by the secondary coil, and a power storage device that stores the power rectified by the rectifier, And an electric motor that receives a supply of electric power from the power storage device and generates a vehicle driving force.
特開2009−106136号公報には、二次自己共振コイルおよび二次コイルの固定方法等について記載されていない。たとえば、コイルを装着する方法としては、螺旋状の溝が形成されたボビンに二次自己共振コイルおよび二次コイルを装着する方法が考えられる。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-106136 does not describe a secondary self-resonant coil, a secondary coil fixing method, and the like. For example, as a method of attaching the coil, a method of attaching a secondary self-resonant coil and a secondary coil to a bobbin in which a spiral groove is formed can be considered.
しかし、螺旋状の溝に二次自己共振コイルを装着すると、二次自己共振コイルとボビンとの接触面積が大きくなり、ボビンが樹脂等の誘電体により構成されてる場合には、誘電損失が大きくなる。 However, if the secondary self-resonant coil is mounted in the spiral groove, the contact area between the secondary self-resonant coil and the bobbin increases, and if the bobbin is made of a dielectric material such as resin, the dielectric loss is large. Become.
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、誘電損失の低減が図られたコイルユニット、非接触電力受電装置、非接触電力送電装置および車両を提供することである。 The present invention has been made in view of the problems as described above, and an object thereof is to provide a coil unit, a non-contact power receiving device, a non-contact power transmitting device, and a vehicle in which dielectric loss is reduced. It is.
本発明に係るコイルユニットは、外部に設けられた第1自己共振コイルとの間で、電磁場の共鳴により電力の送電および受電の少なくとも一方が可能な第2自己共振コイルと、第2自己共振コイルの軸方向に延びると共に、第2自己共振コイルを支持するプレートと、プレートを支持する支持部材とを備える。好ましくは、上記プレートは、支持部材から取り外し可能に設けられる。 A coil unit according to the present invention includes a second self-resonant coil capable of at least one of transmitting and receiving electric power by resonance of an electromagnetic field with a first self-resonant coil provided outside, and a second self-resonant coil And a plate that supports the second self-resonant coil and a support member that supports the plate. Preferably, the plate is provided so as to be removable from the support member.
好ましくは、上記プレートには、第2自己共振コイルを受け入れ可能な凹部が形成され、凹部の幅は、第2自己共振コイルの直径よりも大きい。 Preferably, the plate is formed with a recess capable of receiving the second self-resonant coil, and the width of the recess is larger than the diameter of the second self-resonant coil.
好ましくは、電磁誘導コイルをさらに備え、電磁誘導コイルは、電力を第1自己共振コイルに送電する第2自己共振コイルに電磁誘導により電力を送電することと、電力を第1自己共振コイルから受電する第2自己共振コイルから電磁誘導により電力を受け取ることとの少なくとも一方が可能とされる。上記電磁誘導コイルは、プレートによって支持される。 Preferably, an electromagnetic induction coil is further provided, and the electromagnetic induction coil transmits power by electromagnetic induction to the second self-resonant coil that transmits power to the first self-resonant coil, and receives power from the first self-resonant coil. And / or receiving electric power from the second self-resonant coil by electromagnetic induction. The electromagnetic induction coil is supported by a plate.
好ましくは、上記支持部材は、第2自己共振コイルの内側に配置されたボビンとされ、プレートは、ボビンの外周面に設けられる。 Preferably, the support member is a bobbin disposed inside the second self-resonant coil, and the plate is provided on the outer peripheral surface of the bobbin.
本発明に係る非接触電力受電装置は、上記コイルユニットを含み、車両に搭載された充電器を充電可能とされる。 A non-contact power receiving apparatus according to the present invention includes the coil unit and can charge a charger mounted on a vehicle.
本発明に係る車両は、上記非接触電力受電装置と、充電器とを備える。
本発明に係る非接触電力送電装置は、上記コイルユニットを含み、車両の外部の外部電源から電力が供給される。
The vehicle which concerns on this invention is provided with the said non-contact electric power receiving apparatus and a charger.
A non-contact power transmission apparatus according to the present invention includes the coil unit and is supplied with electric power from an external power source outside the vehicle.
本発明に係るコイルユニット、非接触電力受電装置、非接触電力送電装置および車両によれば、誘電損失の低減を図ることができる。 According to the coil unit, the non-contact power receiving device, the non-contact power transmission device and the vehicle according to the present invention, it is possible to reduce the dielectric loss.
図1は、本発明の実施の形態に従う非接触給電システムの全体構成図である。図1を参照して、非接触給電システムは、電動車両100と、給電装置(非接触電力送電装置)200とを備える。電動車両100は、非接触電力受電装置101と、パワーコントロールユニット(以下「PCU(Power Control Unit)」とも称する。)160と、モータ170と、車両ECU(Electronic Control Unit)145とを備える。非接触電力受電装置101は、コイルユニット180と、整流器130と、DC/DCコンバータ140と、蓄電装置150と、電磁遮蔽ケース190内に設置される電気機器400とを含む。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a non-contact power feeding system according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the non-contact power supply system includes an
なお、電動車両100の構成は、モータにより駆動される車両であれば、図1に示される構成に限らない。たとえば、モータと内燃機関とを備えるハイブリッド車両や、燃料電池を備える燃料電池自動車などを含む。コイルユニット180は、二次自己共振コイル(第2自己共振コイル)110と、電磁誘導コイルとしての二次コイル120とを含み、コイルユニット180は電磁遮蔽ケース190内に収容されている。
The configuration of the
二次自己共振コイル110は、たとえば車体下部に設置される。二次自己共振コイル110の両端は自由端とされており、二次自己共振コイル110の容量は、浮遊容量とされている。二次自己共振コイル110は、給電装置200の一次自己共振コイル(第1自己共振コイル)240(後述)と電磁場を介して共鳴することにより給電装置200から電力を受電することと、給電装置200に電力を送電することとの少なくとも一方が可能である。なお、二次自己共振コイル110の両端を自由端としているが、二次自己共振コイル110の両端を図示しない別途設けられたコンデンサに接続してもよい。
Secondary self-
二次自己共振コイル110は、給電装置200の一次自己共振コイル240との距離や、一次自己共振コイル240および二次自己共振コイル110の共鳴周波数等に基づいて、一次自己共振コイル240と二次自己共振コイル110との共鳴強度を示すQ値(たとえば、Q>100)およびその結合度を示すκ等が大きくなるようにその巻数が適宜設定される。
The secondary self-
二次コイル120は、二次自己共振コイル110と同軸上に設置され、電磁誘導により二次自己共振コイル110と磁気的に結合可能である。この二次コイル120は、二次自己共振コイル110によって受電された電力を電磁誘導により取出して整流器130へ出力することと、二次自己共振コイル110から一次自己共振コイル240に送電する電力を二次自己共振コイル110に供給することとの少なくとも一方が可能である。
整流器130は、二次コイル120によって取出された交流電力を整流する。DC/DCコンバータ140は、車両ECU145からの制御信号に基づいて、整流器130によって整流された電力を蓄電装置150の電圧レベルに変換して蓄電装置150へ出力する。なお、車両の走行中に給電装置200から受電する場合には、DC/DCコンバータ140は、整流器130によって整流された電力をシステム電圧に変換してPCU160へ直接供給してもよい。また、DC/DCコンバータ140は、必ずしも必要ではなく、二次コイル120によって取出された交流電力が整流器130によって整流された後に直接蓄電装置150に与えられるようにしてもよい。
The
蓄電装置150は、再充電可能な直流電源であり、たとえばリチウムイオンやニッケル水素などの二次電池が含まれる。蓄電装置150は、DC/DCコンバータ140から供給される電力を蓄えるほか、モータ170によって発電される回生電力も蓄える。そして、蓄電装置150は、その蓄えた電力をPCU160へ供給する。なお、蓄電装置150として大容量のキャパシタも採用可能であり、給電装置200から供給される電力やモータ170からの回生電力を一時的に蓄え、その蓄えた電力をPCU160へ供給可能な電力バッファであれば如何なるものでもよい。
PCU160は、蓄電装置150から出力される電力、あるいはDC/DCコンバータ140から直接供給される電力によってモータ170を駆動する。また、PCU160は、モータ170により発電された回生電力を整流して蓄電装置150へ出力し、蓄電装置150を充電する。モータ170は、PCU160によって駆動され、車両駆動力を発生して駆動輪へ出力する。また、モータ170は、駆動輪や、ハイブリッド車両の場合には図示されないエンジンから受ける運動エネルギーによって発電し、その発電した回生電力をPCU160へ出力する。
車両ECU145は、給電装置200から電動車両100への給電時、DC/DCコンバータ140を制御する。車両ECU145は、たとえば、DC/DCコンバータ140を制御することによって、整流器130とDC/DCコンバータ140との間の電圧を所定の目標電圧に制御する。また、車両ECU145は、車両の走行時、車両の走行状況や蓄電装置150の充電状態(「SOC(State Of Charge)」とも称される。)に基づいてPCU160を制御する。
電磁遮蔽ケース190内部に設置される電気機器400は、電磁遮蔽ケース190内部において、異常監視や表示および冷却を行なうために設置される電気駆動ユニットを包括的に示したものである。電気機器400には、たとえば冷却ファンや冷却用の電動ポンプ、LED(Light Emitting Diode)などの表示機器、および内部温度を検出する温度検出装置などが含まれる。
The
一方、給電装置200は、交流電源210と、高周波電力ドライバ220と、コイルユニット280とを含む。コイルユニット280は、電磁誘導コイルとしての一次コイル230と、一次自己共振コイル240とを含む。コイルユニット280は、電磁遮蔽ケース250内に収容されている。電磁遮蔽ケース250内には、コイルユニット280の他に、電気機器500等も収容されている。
On the other hand,
交流電源210は、車両外部の電源であり、たとえば系統電源である。高周波電力ドライバ220は、交流電源210から受ける電力を高周波の電力に変換し、その変換した高周波電力を一次コイル230へ供給する。なお、高周波電力ドライバ220が生成する高周波電力の周波数は、たとえば1M〜数十MHzである。
一次コイル230は、一次自己共振コイル240と同軸上に設置され、電磁誘導により一次自己共振コイル240と磁気的に結合可能である。そして、一次コイル230は、高周波電力ドライバ220から供給される高周波電力を電磁誘導により一次自己共振コイル240へ給電する。
一次自己共振コイル240は、たとえば地面近傍に設置される。一次自己共振コイル240も、コイルの両端が自由端とされたLC共振コイルである。なお、一次自己共振コイル240の両端は自由端とされているが、一次自己共振コイル240の両端に別途コンデンサ(図示せず)を接続してもよい。一次自己共振コイル240は、電動車両100の二次自己共振コイル110と電磁場を介して共鳴することにより電動車両100へ電力を送電することと、二次自己共振コイル110から送電される電力を受電することとの少なくとも一方が可能である。なお、一次自己共振コイル240が二次自己共振コイル110から電力を受電するときには、一次コイル230は電磁誘導により一次自己共振コイル240から電力を受け取る。
Primary self-
一次自己共振コイル240も、電動車両100の二次自己共振コイル110との距離や、一次自己共振コイル240および二次自己共振コイル110の共鳴周波数等に基づいて、Q値(たとえば、Q>100)および結合度κ等が大きくなるようにその巻数が適宜設定される。
Primary self-
電磁遮蔽ケース250内部に設置される電気機器500は、電磁遮蔽ケース250内部において、異常監視や表示および冷却を行なうために設置される電気駆動ユニットを包括的に示したものである。電気機器500には、電気負荷として、たとえば冷却ファンや冷却用の電動ポンプ、LEDなどの表示機器、および内部温度を検出する温度検出装置などが含まれる。
The
図2は、共鳴法による送電の原理を説明するための図である。図2を参照して、この共鳴法では、2つの音叉が共鳴するのと同様に、同じ固有振動数を有する2つのLC共振コイルが電磁場(近接場)において共鳴することによって、一方のコイルから他方のコイルへ電磁場を介して電力が伝送される。 FIG. 2 is a diagram for explaining the principle of power transmission by the resonance method. Referring to FIG. 2, in this resonance method, in the same way as two tuning forks resonate, two LC resonance coils having the same natural frequency resonate in an electromagnetic field (near field), and thereby, from one coil. Electric power is transmitted to the other coil via an electromagnetic field.
具体的には、高周波電源310に一次コイル320を接続し、電磁誘導により一次コイル320と磁気的に結合される一次自己共振コイル330へ、1M〜数十MHzの高周波電力を給電する。一次自己共振コイル330は、コイル自身のインダクタンスと浮遊容量(コイルにコンデンサが接続される場合には、コンデンサの容量を含む)とによるLC共振器であり、一次自己共振コイル330と同じ共振周波数を有する二次自己共振コイル340と電磁場(近接場)を介して共鳴する。そうすると、一次自己共振コイル330から二次自己共振コイル340へ電磁場を介してエネルギー(電力)が移動する。二次自己共振コイル340へ移動したエネルギー(電力)は、電磁誘導により二次自己共振コイル340と磁気的に結合される二次コイル350によって取出され、負荷360へ供給される。なお、共鳴法による送電は、一次自己共振コイル330と二次自己共振コイル340との共鳴強度を示すQ値がたとえば100よりも大きいときに実現される。
Specifically, the
なお、図1との対応関係について説明すると、図1の交流電源210および高周波電力ドライバ220は、図2の高周波電源310に相当する。また、図1の一次コイル230および一次自己共振コイル240は、それぞれ図2の一次コイル320および一次自己共振コイル330に相当し、図1の二次自己共振コイル110および二次コイル120は、それぞれ図2の二次自己共振コイル340および二次コイル350に相当する。そして、図1の整流器130以降が負荷360として総括的に示されている。
1 will be described. The
このため、蓄電装置150を充電する際には、まず、一次コイル230から電磁誘導により、一次自己共振コイル(第1自己共振コイル)240に電力が供給される。その後、電磁場の共鳴により一次自己共振コイル240から二次自己共振コイル(第2自己共振コイル)110に電力が受電される。二次自己共振コイル110が受電した電力は、電磁誘導により、二次コイル120に受け渡される。そして、二次コイル120に受け渡された電力は、整流器130およびコンバータ140を介して、蓄電装置150に供給される。
For this reason, when charging the
その一方で、蓄電装置150に蓄電された電力を外部負荷に供給する際には、まず、
コンバータ140および整流器130を介して、二次コイル120に電力が供給される。その後、電磁誘導により、二次コイル120から二次自己共振コイル110に電力が供給される。二次自己共振コイル110に供給された電力は、電磁場の共鳴により、一次自己共振コイル240に送電される。一次自己共振コイル240が受電した電力は、電磁誘導により、一次コイル230に供給される。一次コイル230に供給された電力は、ドライバ等を介して、外部負荷に供給される。
On the other hand, when supplying the power stored in the
Electric power is supplied to the
図3は、電流源(磁流源)からの距離と電磁界の強度との関係を示した図である。図3を参照して、電磁界は3つの成分から成る。曲線k1は、波源からの距離に反比例した成分であり、「輻射電界」と称される。曲線k2は、波源からの距離の2乗に反比例した成分であり、「誘導電界」と称される。また、曲線k3は、波源からの距離の3乗に反比例した成分であり、「静電界」と称される。 FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the distance from the current source (magnetic current source) and the intensity of the electromagnetic field. Referring to FIG. 3, the electromagnetic field is composed of three components. A curve k1 is a component inversely proportional to the distance from the wave source, and is referred to as a “radiating electric field”. A curve k2 is a component inversely proportional to the square of the distance from the wave source, and is referred to as an “induced electric field”. The curve k3 is a component that is inversely proportional to the cube of the distance from the wave source, and is referred to as an “electrostatic field”.
「静電界」は、波源からの距離とともに急激に電磁波の強度が減少する領域であり、共鳴法では、この「静電界」が支配的な近接場(エバネッセント場)を利用してエネルギー(電力)の伝送が行なわれる。すなわち、「静電界」が支配的な近接場において、同じ固有振動数を有する一対の共鳴器(たとえば一対のLC共振コイル)を共鳴させることにより、一方の共鳴器(一次自己共振コイル)から他方の共鳴器(二次自己共振コイル)へエネルギー(電力)を伝送する。この「静電界」は遠方にエネルギーを伝播しないので、遠方までエネルギーを伝播する「輻射電界」によってエネルギー(電力)を伝送する電磁波に比べて、共鳴法は、より少ないエネルギー損失で送電することができる。 The “electrostatic field” is a region where the intensity of the electromagnetic wave suddenly decreases with the distance from the wave source. In the resonance method, energy (electric power) is utilized using the near field (evanescent field) in which this “electrostatic field” is dominant. Is transmitted. That is, by resonating a pair of resonators having the same natural frequency (for example, a pair of LC resonance coils) in a near field where the “electrostatic field” is dominant, the resonance from one resonator (primary self-resonance coil) to the other Energy (electric power) is transmitted to the resonator (secondary self-resonant coil). Since this “electrostatic field” does not propagate energy far away, the resonance method can transmit power with less energy loss than electromagnetic waves that transmit energy (electric power) by “radiant electric field” that propagates energy far away. it can.
図4は、図1に示した電磁遮蔽ケース190,250およびその周囲の構造を示す模式図である。
FIG. 4 is a schematic diagram showing the
この図4に示すように、電磁遮蔽ケース190内にコイルケース191が配置されている。コイルケース191には、図1等に示す二次自己共振コイル110および二次コイル120が収容されている。電磁遮蔽ケース190の下面には、開口部195が形成されている。電磁遮蔽ケース190には、電磁遮蔽材(電磁シールド)貼付されており、電磁遮蔽材としては、低インピーダンスの物質であって、たとえば薄い銅箔などが用いられる。
As shown in FIG. 4, a
電磁遮蔽ケース190は、二次自己共振コイル110および一次自己共振コイル240によって形成される電磁場が車両側に漏れることを抑制している。
The
電磁遮蔽ケース250内には、コイルケース291が配置されている。コイルケース291には、図1等に示す一次自己共振コイル240および一次コイル230が収容されている。電磁遮蔽ケース250の上面には、開口部255が形成されている。電磁遮蔽ケース250にも、電磁遮蔽材が貼付されている。
A
図5は、コイルケース191の斜視図である。この図5に示すように、コイルケース191は、有底円筒状に形成された鍋部193と、鍋部193上に配置された天板部192とを含む。天板部192は、たとえば、車両のフロアパネルの下面等に固定される。そして、コイルケース191は、フロアパネルの下面から下方に向けて突出するように配置される。
FIG. 5 is a perspective view of the
図6は、図5に示すコイルケース191の分解斜視図である。この図6に示すように、有底円筒状に形成された鍋部193内には、ボビン196が配置されている。ボビン196は、円筒状に形成されており、このボビン196の外周面には、周方向に間隔をあけてプレート197が複数装着されている。二次自己共振コイル110は、プレート197によって支持されている。なお、プレート197は、たとえば、等間隔に6個や8個設けられる。
6 is an exploded perspective view of the
コイルユニットは、二次自己共振コイル110と、二次自己共振コイル110を支持するプレート197と、このプレート197を支持する支持部材としてのボビン196とを備える。プレート197は、樹脂によって形成されている。
The coil unit includes a secondary self-
プレート197が二次自己共振コイル110と接触する面積は小さいため、誘電損失の低減を図ることができる。これに伴い、図1において、二次自己共振コイル110と一次自己共振コイル240との間で電力の受け渡しが行われる際に、電力の受け渡し効率の向上を図ることができる。
Since the area where the
さらに、二次自己共振コイル110とプレート197との接触面積が小さく、二次自己共振コイル110が空気と接触する面積が大きいため、二次自己共振コイル110を良好に冷却することができる。
Furthermore, since the contact area between the secondary self-
図7は、ボビン196の周面の一部を示す斜視図である。この図7に示すように、ボビン196の外周面には、挿入溝198が形成されている。プレート197は、この挿入溝198に装着されている。
FIG. 7 is a perspective view showing a part of the peripheral surface of the
この図7および上記図6において、ボビン196の内周面には、複数のボス199が間隔をあけて形成されている。
7 and FIG. 6, a plurality of
このボス199には、螺子穴が形成されている。鍋部193とボビン196とは、ボルト194によって互いに固定されており、ボルト194はボス199の螺子穴に螺合している。ボルト194は、固定部材の一例であって、適宜天板部192、鍋部193およびボビン196から取り外し可能とされている。
The
さらに、天板部192とボビン196もボルト194によって互いに固定されている。プレート197は、天板部192と鍋部193の底面とによって挟まれており、天板部192と鍋部193の底面とによって固定されている。なお、プレート197を強固に固定するには、たとえば、ボルト等の固定部材を用いて、ボビン196の内周面側からプレート197をボビン196に固定する。
Further, the
このため、天板部192および鍋部193をボビン196から取り外し、プレート197を固定するボルトなど取り外すことで、プレート197は、ボビン196から取り外すことができる。
For this reason, the
このようにプレート197は、ボビン196から取り外し可能に設けられているため、たとえば、装着されている二次自己共振コイル110を長さの異なる他の二次自己共振コイル110に交換する際に、プレート197を交換するのみで、長さの異なる二次自己共振コイル110を装着することができる。
As described above, since the
ボビン196の外周面に、二次自己共振コイル110を装着する溝を形成した場合には、ボビン196全体を交換する必要が生じる。このように、本実施の形態に係るコイルケース191によれば、プレート197を交換することで、多種類の二次自己共振コイル110に対応することができ、二次自己共振コイル110の交換を容易に行うことができる。
When a groove for mounting the secondary self-
図6において、プレート197は、二次コイル120も支持している。プレート197が二次コイル120および二次自己共振コイル110の間の距離を保持している。
In FIG. 6, the
二次コイル120と、二次自己共振コイル110との間の距離は、コイルユニット180と、コイルユニット280との間で電力の受け渡しすることができる距離と、電力の受け渡し効率に影響を与える。
The distance between the
プレート197が二次コイル120および二次自己共振コイル110の間の距離を所定の距離となるように支持することで、電力の受け渡し効率を所定の範囲に維持しつつ、電力の受け渡しをすることができる距離を所定の範囲となるように保持することができる。
The
図6において、二次自己共振コイル110および二次コイル120は、いずれも、仮想中心軸線を中心に螺旋状にのびるように形成されている。なお、二次自己共振コイル110および二次コイル120は、重ね巻きされておらず、単層巻きである。この図6に示す例においては、二次自己共振コイル110は、二次自己共振コイル110の延在方向に向かうにしたがって、円弧状に延びると共に、仮想中心軸線方向に延びるように形成されている。そして、二次共振コイル110は、二次共振コイル110を構成するコイル線が接触しないように間隔をあけて巻回されている。一次共振コイル330も二次共振コイル110と同様に形成されている。
In FIG. 6, both the secondary self-
同様に、二次コイル120も、二次コイル120の延在方向に向かうにしたがって、円弧状に延びると共に、上記仮想中心線方向に延びるように形成されている。二次コイル120も、二次コイル120を構成すコイル線が接触しないように間隔をあけて巻回されている。なお、一次コイルも二次コイル120と同様に形成されている。二次自己共振コイル110の仮想中心軸線と、二次コイル120の仮想中心軸線は一致しており、二次コイル120は、二次自己共振コイル110に対して車両側に配置されている。
Similarly, the
プレート197は、ボビン196の外周面に間隔をあけて複数設けられており、各プレート197には、二次自己共振コイル110および二次コイル120を受け入れる凹部が形成されている。
A plurality of
なお、図6に示す例においては、二次自己共振コイル110の巻回数は、1巻きより少なく、二次コイル120の巻回数も、1巻程度とされている。
In the example shown in FIG. 6, the number of turns of the secondary self-
なお、二次自己共振コイル110の両端にキャパシタを接続する場合には、二次自己共振コイル110の両端部は、ボビン196の外周面を貫通し、ボビン196内に達するように形成され、ボビン196内に配置されたキャパシタに接続される。
When a capacitor is connected to both ends of the secondary self-
図8は、プレート197の側面図である。この図8に示すように、プレート197には、二次コイル120を受け入れる凹部201と、二次自己共振コイル110を受け入れる凹部202とが形成されている。
FIG. 8 is a side view of the
図9は、図8に示すプレート197とは別の位置に設けられたプレート197の側面図である。この図9および図8に示すように、凹部201および凹部202の位置は、各プレートごとによって異なる。凹部202の幅は、二次自己共振コイル110の直径よりも大きくなるように形成されている。なお、この二次自己共振コイル110の直径とは、二次自己共振コイル110の延在方向に対して垂直な断面の直径である。
FIG. 9 is a side view of the
図10は、プレート197の正面図である。この図10において、たとえば、二次自己共振コイル110を長さの異なる他の二次自己共振コイル110に交換すると、二次自己共振コイル110の傾斜角度が変わる。
FIG. 10 is a front view of the
凹部202の幅は、二次自己共振コイル110の直径よりも大きいので、二次自己共振コイル110の傾斜角度が大きくなったとしても、凹部202内に二次自己共振コイル110を入れることができる。そして、二次自己共振コイル110が凹部202の上側の内壁面と下側の内壁面とのいずれにも接触し、二次自己共振コイル110が変形することを抑制することができる。
Since the width of the
このため、既に装着されている二次自己共振コイル110を、僅かに長さの異なる二次自己共振コイル110に交換する場合でも、プレート197までも交換する必要がなく、簡単に二次自己共振コイル110を交換することができる。
Therefore, even when the already installed secondary self-
同様に、凹部201の幅は、二次コイル120の直径よりも大きくなるように形成されている。なお、この二次コイル120の直径とは、二次コイル120の延在方向に対して垂直な断面の直径である。
Similarly, the width of the
図11は、プレート197の変形例を示す斜視図である。この図11に示す例においては、プレート197は、凹部201および凹部202が形成された支持部204と、この支持部204に連設された基部205とを含む。
FIG. 11 is a perspective view showing a modified example of the
基部205は、ボビン196に形成された挿入溝206に挿入されている。基部205は、支持部204から離れるにしたがって、幅が大きくなるように形成されている。挿入溝206の幅も、ボビン196の外周面側から内周面側に向かうにしたがって大きくなるように形成されている。この図11に示すプレート197によれば、基部205が挿入溝206の内周面に支持されるため、プレート197がボビン196から脱落することを抑制することができる。
The
なお、本実施の形態においては、二次自己共振コイル110が1巻き程度のコイルである例について説明したが、二次自己共振コイル110は、図12に示すように、1巻き以上であってもよい。
In the present embodiment, the example in which the secondary self-
図13は、上記図12に示すボビン196に装着されたプレート197の側面図であり、このプレート197には、二次自己共振コイル110を受け入れる凹部202が間隔をあけて複数形成されている。
FIG. 13 is a side view of the
図14は、コイルユニットの第2変形例を示す斜視図である。この図14に示す例においては、プレート197は、ボビン196の内周面に間隔をあけて複数配置されている。そして、二次自己共振コイル110および二次コイル120は、ボビン196内に配置され、プレート197によって支持されている。
FIG. 14 is a perspective view showing a second modification of the coil unit. In the example shown in FIG. 14, a plurality of
この図14に示す例によれば、ボビン196は、プレート197を支持する支持部材としての機能と、二次自己共振コイル110および二次コイル120を保護する保護ケースとしての機能とを有する。
According to the example shown in FIG. 14, the
図15は、コイルユニットの第3変形例を示す斜視図である。この図15に示す例においては、二次自己共振コイル110の断面形状は、U字形状となるように形成されている。二次自己共振コイル110断面形状をU字形状とすることで、二次自己共振コイル110の表面積は、断面形状が円形形状の二次自己共振コイル110の表面積よりも広くなる。
FIG. 15 is a perspective view showing a third modification of the coil unit. In the example shown in FIG. 15, the secondary self-
電力の受け渡し時には、二次自己共振コイル110内を高周波の電流が流れるため、二次自己共振コイル110の面積を広く確保することで、二次自己共振コイル110の抵抗を低く抑えることができる。
Since high-frequency current flows in the secondary self-
U字形状とされた二次自己共振コイル110は、断面形状が円形形状とされたコイルよりも剛性が高く変形し難い。このため、二次自己共振コイル110に引っ張り力を加えた状態で、プレート197に巻きつける必要がない。このため、二次自己共振コイル110を装着する際に、プレート197は、プレート197は二次自己共振コイル110を保持することが可能な程度の剛性を有しておればよい。
The U-shaped secondary self-
このため、この図15に示す例においては、プレート197を支持するボビンは省略されている。プレート197は、天板部192に形成された溝部に一方端が挿入されている。天板部192と鍋部193とは、図示されないボルトなどによって連結されており、プレート197は、天板部192と鍋部193とが連結されることで、天板部192と鍋部193とによって挟まれて、固定されている。すなわち、この図15に示す例においては、天板部192がプレート197を支持する支持部材として機能している。なお、プレート197は、天板部192から着脱可能に設けられている。これにより、長さの異なる二次自己共振コイル110および二次コイル120に交換する際においても、プレート197を交換することで、長さの異なる二次自己共振コイル110および二次コイル120を装着することができる。
For this reason, in the example shown in FIG. 15, the bobbin that supports the
このように、剛性の高い二次自己共振コイル110が採用される場合には、ボビンを省略することができ、部品点数の低減を図ることができる。
Thus, when the highly rigid secondary self-
なお、図6に示す例においては、二次コイル120および二次自己共振コイル110は単層巻きとされている。そこで、二次コイル120および二次自己共振コイル110を装着する際には、まず、プレート197が装着されたボビン196を準備する。そして、ボビン196の側方から2つのコイルを装着する。そして、一方のコイルを二次自己共振コイル110とし、他方のコイルの端部に配線を接続して、二次コイル120とする。
In the example shown in FIG. 6, the
また、二次コイル120等の装着方法の他の例としては、次のような方法も採用することができる。図6および図8において、各プレート197に形成された凹部201は、螺旋状に複数配列している。そこで、二次コイル120を装着する際には、まず、螺旋状に延びるコイルを準備する。そして、当該コイルを回転させることで、コイルを順次各プレート197の凹部201内に挿入していくようにしてもよい。そして、凹部201内へのコイルの挿入を完了した後、端部に配線などを接続し、当該端部を固定する。これにより、二次コイル120の装着が完了する。二次自己共振コイル110を装着するときにも、同様に、まず、螺旋状に延びるコイルを準備する。凹部202も螺旋状に複数配列しているため、当該コイルを回転させることで、順次各プレート197の凹部202内に挿入することができる。
Further, as another example of a method for mounting the
この装着方法によれば、各コイルの回転量を調整することで、二次自己共振コイル110と二次コイル120の間の距離を調整することができる。二次自己共振コイル110と二次コイル120との間の距離は、電力の受け渡し効率および電力を受け渡し可能な距離に影響を与える。このため、車種にあわせて、二次自己共振コイル110と二次コイル120との間の距離を変更することができる。
According to this mounting method, the distance between the secondary self-
さらに、二次自己共振コイル110の両端を自由端とした二次自己共振コイル110においては、二次コイル120を固定した後においても、二次自己共振コイル110を回転させることで、二次自己共振コイル110と二次コイル120との間の距離を調整することができる。
Further, in the secondary self-
以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。さらに、上記数値などは、例示であり、上記数値および範囲にかぎられない。 Although the embodiment of the present invention has been described above, it should be considered that the embodiment disclosed this time is illustrative and not restrictive in all respects. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims. Furthermore, the above numerical values are examples, and are not limited to the above numerical values and ranges.
本発明は、コイルユニット、非接触電力受電装置、非接触電力送電装置、および車両に適用することができ、特に、電磁場の共鳴により電力を受電または送電の少なくとも一方が可能とされたコイルユニット等に好適である。 The present invention can be applied to a coil unit, a non-contact power receiving device, a non-contact power transmitting device, and a vehicle, and in particular, a coil unit that can receive power or transmit power by resonance of an electromagnetic field. It is suitable for.
100 電動車両、101 非接触電力受電装置、110 二次自己共振コイル、120 二次コイル、130 整流器、140 コンバータ、150 蓄電装置、170 モータ、180 コイルユニット、190,250 電磁遮蔽ケース、191 コイルケース、192 天板部、193 鍋部、194 ボルト、195 開口部、196 ボビン、197 プレート、198 挿入溝、199 ボス、200 給電装置、201,202 凹部、203 調整部材、204 支持部、205 基部、206 挿入溝、210 交流電源、220 高周波電力ドライバ、230 一次コイル、240 一次自己共振コイル、255 開口部、280 コイルユニット、291 コイルケース、310 高周波電源、320 一次コイル、330 一次自己共振コイル、340 二次自己共振コイル、350 二次コイル。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記第2自己共振コイルを支持するプレートと、
前記プレートを支持する支持部材と、
を備えた、コイルユニット。 A second self-resonant coil capable of at least one of transmitting and receiving power by resonance of an electromagnetic field with the first self-resonant coil provided outside;
A plate supporting the second self-resonant coil;
A support member for supporting the plate;
Coil unit with
前記凹部の幅は、前記第2自己共振コイルの直径よりも大きい、請求項1または請求項2に記載のコイルユニット。 The plate is formed with a recess capable of receiving the second self-resonant coil,
The coil unit according to claim 1 or 2, wherein a width of the recess is larger than a diameter of the second self-resonant coil.
前記電磁誘導コイルは、電力を前記第1自己共振コイルに送電する前記第2自己共振コイルに電磁誘導により電力を送電することと、電力を前記第1自己共振コイルから受電する前記第2自己共振コイルから電磁誘導により電力を受け取ることとの少なくとも一方が可能とされ、
前記電磁誘導コイルは、前記プレートによって支持された、請求項1から請求項3のいずれかに記載のコイルユニット。 An electromagnetic induction coil;
The electromagnetic induction coil transmits electric power to the second self-resonant coil that transmits electric power to the first self-resonant coil by electromagnetic induction, and the second self-resonant receives electric power from the first self-resonant coil. At least one of receiving electric power from the coil by electromagnetic induction,
The coil unit according to any one of claims 1 to 3, wherein the electromagnetic induction coil is supported by the plate.
前記プレートは、前記ボビンの外周面に設けられた、請求項1から請求項4のいずれかに記載のコイルユニット。 The support member is a bobbin disposed inside the second self-resonant coil;
The coil unit according to any one of claims 1 to 4, wherein the plate is provided on an outer peripheral surface of the bobbin.
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