JP2013161942A - コイルユニット - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成でコイル全体を冷却することができるコイルユニットを提供する。
【解決手段】給電側コイルユニット４が、コイル６と、該コイル６を収容するケース８と、を備えている。ケース８の外周壁８ａ−２には、ケース８内に空気を導入する吸気口８ａ−４と、ケース８外に空気を排気する排気口８ａ−５と、が設けられている。また、吸気口８ａ−４から導入された空気の流れ方向を調整する調整壁１１がある。調整壁１１は、コイル６の外側かつケース８内側に多角形状に配置された複数の外側壁部１１１を有していて、排気口８ａ−５が、吸気口８ａ−４からの導入方向Ｙ１の延長線上に位置しないように配置されている。これにより、吸気口８ａ−４から導入され、導入方向Ｙ１に進む空気は、排気口８ａ−５に達する前に外側壁部１１１に到達して進行方向を変えるように構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、コイルユニットに係り、特に、非接触給電装置に用いられるコイルユニットに関するものである。

近年、ケーブル等の機械的接触なしで、例えば電気自動車の電池に電力を供給する非接触給電装置が、開発、実用化されている。この非接触給電装置は、車両に搭載された受電側コイルと、車両が駐車する駐車スペースに設置された給電側コイルと、から構成されている。このような非接触給電装置によれば、駐車スペース上に車両が駐車され、受電側コイルと給電側コイルとが軸方向に互いに間隔を空けて対向した状態で、給電側コイルに交流電力を供給すると、当該交流電力が電磁誘導や磁界の共鳴により非接触で受電側コイルに受電される。

上述した非接触給電装置においては、上記コイルで熱が発生するため、これを冷却する必要がある。このようにコイルを冷却する冷却装置としては、例えば図６に示されたものが提案されている（特許文献１）。同図に示すように、冷却装置１００は、円筒型のボビン１０１と、ボビン１０１の外周壁に巻回されるコイル１０２と、ボビン１０１内に設けられた送風ファン１０３と、を備えている。この冷却装置１００によれば、送風ファン１０３を回すと矢印１０４に示すようにボビン１０１の軸方向の開口から空気がボビン１０１内に導入された後、ボビン１０１の外周壁に設けた空気排気孔１０５からボビン１０１外に排気される。

上述したコイル１０２は、一般にはケース１０６に収容されている。このため、上述した構成であるとボビン１０１の軸方向の開口から空気を導入するため、ケース１０６の蓋（又は底面）に吸気口１０７を設ける必要がある。しかしながら、ケース１０６の蓋に吸気口１０７を設けると、受電側コイルと給電側コイルとの距離をその分開ける必要があり、給電効率が落ちる恐れがあった。また、防塵防水性が良くない、という問題もあった。そこで、吸気口１０７にダクトホースを接続して、ケース１０６内に水や塵が浸入しない構成とすることも考えられるが、冷却装置１００の厚み方向が大きくなってしまう。

この問題を解決するために、例えば図７に示すように、ケース１０６のコイル１０２の巻回方向に沿った外周壁に吸気口１０７及び排気口１０８を設けることが考えられる。この場合、風の流れを良くするために、吸気口１０７及び排気口１０８は、対向位置に設けられている。しかしながら、上述したコイル１０２では、複数個所で発熱が生じる。この場合、図７に示すように、矢印で示す導入方向にまっすぐ風が流れるだけでは例えば発熱部位１０９のように空気の導入方向延長線上にない部分については冷却することができない、という問題があった。

そこで、ケース１０６内のコイル１０２に沿って空気を送るようにするために、例えば、図８に示すように、コイル１０２を囲むホース１１０を設けて、コイル１０２全体を均等に冷却したり、図９に示すように吸気口１０７を複数設けて複数の発熱部位１０９に空気を送ることなどが考えられる。しかし、これらの方法では、コイル１０２をホース１１０で覆う工程が必要となりコストアップになったり、複数の吸気口１０７が必要となり構造が複雑になる、という問題があった。

特開２０１０−２８４０１１号公報

そこで、本発明は、簡単な構成でコイル全体を冷却することができるコイルユニットを提供することを課題とする。

上述した課題を解決するための請求項１記載の発明は、コイルと、該コイルを収容するケースと、を備えたコイルユニットにおいて、前記ケースの外周壁には、前記ケース内に空気を導入する吸気口と、前記ケース外に空気を排気する排気口と、が設けられ、前記吸気口から導入された空気の流れ方向を調整する調整壁があり、前記吸気口から導入され、導入方向に進む空気は、前記排気口に達する前に前記調整壁に到達して進行方向を変えるように構成されていることを特徴とするコイルユニットに存する。

請求項２記載の発明は、前記調整壁が、前記コイルの外側にあり、前記排気口が、前記吸気口からの導入方向の延長線上に位置しないことを特徴とする請求項１に記載のコイルユニットに存する。

請求項３記載の発明は、前記調整壁が、前記コイルの内側に配置された内側壁部を有することを特徴とする請求項１に記載のコイルユニットに存する。

請求項４記載の発明は、前記調整壁が、前記コイルの外側かつ前記ケース内側に多角形状に配置された複数の外側壁部を有することを特徴とする請求項２又は３記載のコイルユニットに存する。

請求項５記載の発明は、前記吸気口から導入され、導入方向に進む空気と、当該導入方向に進んだ空気が当たる外側壁部と、の前記排出口に近い側の当接角度が９０度よりも大きくなるように、前記外側壁部が設けられ、互いに隣り合う前記外側壁部同士が成す角度が１２０度〜１６０度になるように設けられていることを特徴とする請求項４に記載のコイルユニットに存する。

以上説明したように請求項１記載の発明によれば、吸気口から導入され、導入方向に進む空気が、排気口に達する前に調整壁に到達して進行方向を変えるように構成されているので、吸気口から導入された空気が、導入方向にまっすぐ進んで直ぐに排気口から排出されることなく、調整壁に当たってケース内を回ってから排気口から排気される。このため、簡単な構成でコイル全体を冷却することができる。

請求項２記載の発明によれば、調整壁が、コイルの外側にあり、排気口が、吸気口からの導入方向の延長線上に位置しないので、吸気口から導入され、導入方向に進む空気が、コイルの外側にある調整壁に当たってケース内を回ってから排気口から排気される。このため、簡単な構成でコイル全体を冷却できる。

請求項３記載の発明によれば、調整壁が、コイルの内側に配置された内側壁部を有するので、吸気口から導入された空気が、導入方向に進んでコイルの内側に配置された内側壁部に当たって分流して、コイルに沿って進むため、簡単な構成でより均一にコイル全体を冷却できる。

請求項４記載の発明によれば、調整壁が、コイルの外側かつケース内側に多角形状に配置された複数の外側壁部を有するので、外側壁部に当たりながらコイルに沿って進むため、簡単な構成でより均一にコイル全体を冷却できる。

請求項５記載の発明によれば、吸気口から導入され、導入方向に進む空気と、当該導入方向に進んだ空気が当たる外側壁部と、の排出口に近い側の当接角度が９０度よりも大きいので、排出口側により多くの空気が流れ、排出口より多少排出されても、外側壁部に当たりながらコイルに沿って巡回する風量を稼ぐことができる。また、互いに隣り合う外側壁部同士が成す角度が１２０度〜１６０度になるように設けられているので、外側壁部同士の角で空気が滞留することがない。

本発明のコイルユニットを組み込んだ非接触給電装置の一実施形態を示す説明図である。 第１実施形態における図１に示す給電側コイルユニットの断面図である。 図２のＩ−Ｉ線断面図である。 第２実施形態における図１に示す給電側コイルユニットの断面図である。 第２実施形態の変形例における図１に示す給電側コイルユニットの断面図である。 従来のコイルの冷却装置の一例を示す断面図である。 従来のコイルの冷却装置の一例を示す断面図である。 従来のコイルの冷却装置の一例を示す断面図である。 従来のコイルの冷却装置の一例を示す断面図である。

第１実施形態
以下、第１実施形態におけるコイルユニットについて図１〜図３を参照して説明する。図１に示すように、コイルユニットを組み込んだ非接触給電装置１は、車両２の駐車スペース３に設置された給電側コイルユニット４と、車両に搭載された受電側コイルユニット５と、を備えている。給電側コイルユニット４は、交流電源が供給されるコイル６と、コイル６に電磁結合された共鳴コイル７と、これらコイル６及び共鳴コイル７を収容するケース８と、を備えている。上記受電側コイルユニット５は、共鳴コイル７と電磁共鳴する共鳴コイル９と、共鳴コイル９と電磁結合されたコイル１０と、これら共鳴コイル９及びコイル１０を収容する図示しないケースと、を備えている。上記コイル６及び１０は、帯状の金属板をループ状に曲げて設けられている。上記共鳴コイル７及び９は、帯状の金属板を螺旋状に曲げて設けられている。

上述した非接触給電装置１によれば、図１に示すように、車両２が駐車スペース３上に停車し、共鳴コイル７、９が対向したときに、共鳴コイル７、９同士が電磁共鳴して給電側コイルユニット４から受電側コイルユニット５に非接触で電力を供給できる。

詳しく説明すると、上記コイル６に交流電力が供給されると、その電力が電磁誘導により共鳴コイル７に送られる。共鳴コイル７に電力が送られると、その電力が磁界の共鳴によって共鳴コイル９にワイヤレスで送られる。さらに、共鳴コイル９に電力が送られると、その電力が電磁誘導によってコイル１０に送られて、このコイル１０に接続された負荷に供給される。

次に、上述した給電側コイルユニット４を構成するケース８の詳細について説明する。上記ケース８は、図３に示すように、上述したコイル６、共鳴コイル７及びこれらコイル６、７を支持する支持部材（図示せず）を収容する有底円筒状の本体部８ａと、本体部８ａの開口を覆う蓋部８ｂと、本体部８ａ及び蓋部８ｂ間に設けられたリング状のゴムスポンジ８ｃと、を備えている。

本体部８ａは、金属などの導電性材料で構成されていて、円板状の底壁８ａ−１と、底壁８ａ−１の周縁から立設する外周壁８ａ−２と、外周壁８ａ−２の端部から内側に突出するフランジ壁８ａ−３と、を備えている。上記底壁８ａ−１は、コイル６及び共鳴コイル７の軸方向と直交し、上記外周壁８ａ−２は、コイル６及び共鳴コイル７の巻回方向に沿って立設している。上記外周壁８ａ−２には、図２に示すように、ケース８内に空気を導入する吸気口８ａ−４と、当該ケース８外に空気を排気する排気口８ａ−５と、が設けられている。上記排気口８ａ−５は、吸気口８ａ−４からの導入方向Ｙ１延長線Ｌ上に位置しないように設けられている。

吸気口８ａ−４及び排気口８ａ−５は、その周縁に外側に突出する後述するダクトホースを接続する筒状の取付部８ａ−６、８ａ−７が設けられている。この取付部８ａ−６、８ａ−７に図示しないダクトホースの一端を取り付ける。これにより、吸気口８ａ−４及び排気口８ａ−５は、ダクトホースを介して図示しないファンボックスに接続されている。従って、吸気口８ａ−４の周縁部に設けた取付部８ａ−６の突出方向が、空気の導入方向Ｙ１となる。

上記蓋部８ｂは、図３に示すように、本体部８ａの開口を覆う円板状の上壁８ｂ−１と、上壁８ｂ−１の周縁から本体部８ａに向かって立設する立壁８ｂ−２と、を備えている。この立壁８ｂ−２が、ゴムスポンジ８ｃを介して本体８ａのフランジ壁８ａ−３に重ねられる。このゴムスポンジ８ｃにより本体部８ａと蓋部８ｂとの間の隙間が塞がれ防水防塵を図ることができる。

上述したケース８内には、吸気口８ａ−４から導入された空気の流れ方向を調整する調整壁１１が設けられている。調整壁１１は、コイル６及び共鳴コイル７の軸方向に立設して設けられている。この調整壁１１は、コイル６及び共鳴コイル７の外側かつケース８の内側に多角形状（本実施形態では８角形状）に配置された複数の外側壁部１１１と、外側壁部１１１により囲まれた空間と吸気口８ａ−４及び排気口８ａ−５とを連通する連通壁部１１２と、を有している。上記外側壁部１１１は、隣り合う外側壁部１１１同士が成す角度θ₁が１３５度になるように設けられている。また、吸気口８ａ−４から導入され導入方向Ｙ１に沿って進んだ空気は、外側壁部１１１と１０７度の当接角度θ₂で当たるように吸気口８ａ−４が設けられている。

次に、上述した給電側コイルユニット４の冷却について説明する。図示しないファンボックス内のファンを回すと、図２に示すように、空気が吸気ダクトホースを通って吸気口８ａ−４からケース８内に導入される。吸気口８ａ−４から導入され、導入方向Ｙ１に進む空気は、吸気口８ａ−４に達する前に調整壁１１の外側壁部１１１に到達して進行方向が変わる。その後、さらに外側壁部１１１に当たってコイル６及び共鳴コイル７に沿って進み、排気口８ａ−５から排気される。排気口８ａ−５から排気された空気は、図示しないダクトホースを介してファンボックスに戻される。

上述した第１実施形態によれば、吸気口８ａ−４から導入され、導入方向Ｙ１に進む空気が、排気口８ａ−５に達する前に調整壁１１を構成する外側壁部１１１に到達して進行方向を変えるように構成されているので、吸気口８ａ−４から導入された空気が、導入方向Ｙ１にまっすぐ進んで直ぐに排気口８ａ−５から排出されることなく、調整壁１１に当たってケース８内を回ってから排気口８ａ−５から排気される。このため、簡単な構成でコイル６、共鳴コイル７全体を冷却することができる。

上述した第１実施形態によれば、調整壁１１が、コイル６、共鳴コイル７の外側にあり、排気口８ａ−５が、吸気口８ａ−４からの導入方向Ｙ１の延長線Ｌ上に位置しないので、吸気口８ａ−４から導入され、導入方向Ｙ１に進む空気が、コイル６、共鳴コイル７の外側にある調整壁１１に当たってケース８内を回ってから排気口８ａ−５から排気される。このため、簡単な構成でコイル６、共鳴コイル７全体を冷却できる。

上述した第１実施形態によれば、吸気口８ａ−４から導入され、導入方向Ｙ１に進む空気と、当該導入方向Ｙ１に進んだ空気が当たる外側壁部１１１と、の排出口８ａ−４に近い側の当接角度θ₂が１０７度と９０度よりも大きいので、排出口８ａ−４側により多くの空気が流れ、排出口８ａ−４より多少排出されても、外側壁部１１１に当たりながらコイル６、共鳴コイル７に沿って巡回する風量を稼ぐことができる。また、互いに隣り合う外側壁部１１１同士が成す角度θ₁が１３５度と１２０度〜１６０度になるように設けられているので、外側壁部１１１同士の角で空気が滞留することがない。

なお、上述した第１実施形態によれば、調整壁１１は、ケース８とコイル６及び共鳴コイル７との間に設けた外側壁部１１１を用いていたが、本発明はこれに限ったものではない。調整壁１１として、ケース８の外周壁８ａ−２を用いてもよい。この場合、吸気口８ａ−４から導入され、導入方向Ｙ１に進む空気が、コイル６、共鳴コイル７の外側にある外周壁８ａ−２（＝外側壁部）に当たってケース８内を回ってから排気口８ａ−５から排気される。

また、上述した第１実施形態によれば、調整壁１１は、外側壁部１１１と、連通壁部１１２と、を備えていたが、本発明はこれに限ったものではない。連通壁部１１２は設けずに、外側壁部１１１のみを設けても良い。

また、上述した第１実施形態によれば、また、外側壁部１１１は、複数設けられていたが、本発明はこれに限ったものではない。外側壁部１１１としては、導入方向Ｙ１と交差する位置にあるもの１つだけでもよい。

また、上述した第１実施形態によれば、当接角度θ₂が１０７度に設けられていたが、本発明はこれに限ったものではなく、当接角度θ₂としては９０度よりも大きければ排出口８ａ−４側に多くの空気を流すことができる。

また、上述した第１実施形態によれば、８角形状に複数の外側壁部１１１を配置し、角度θ₁を１３５度としていたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、複数の外側壁部１１１としては、６角形状〜１８角形状に配置し、角度θ₁が１２０度〜１６０度であっても外側壁部１１１の角に空気が滞留することがない。

第２実施形態
次に、第２実施形態おけるコイルユニットについて図４を参照して説明する。なお、図４において、図２について上述した第１実施形態で既に説明した部分と同等の部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。第１実施形態と第２実施形態とで異なる点は、ケース８の本体部８ａの形状と、調整壁１１である。第１実施形態においては、排気口８ａ−５が、吸気口８ａ−４からの導入方向Ｙ１の延長線Ｌ上にないように配置していたが、第２実施形態では、排気口８ａ−５が、吸気口８ａ−４からの導入方向Ｙ１の延長線上に配置されている。

また、調整壁１１は、外側壁部１１１及び連通壁部１１２に加えてさらにコイル６及び共鳴コイル７の内側に配置された三角形状の３つの内側壁部１１３を備えている。３つの内側壁部１１３のうち１つは、吸気口８ａ−４の導入方向Ｙ１延長線上に、三角形の頂点を吸気口８ａ−４に向けて配置されている。残りの２つは、コイル６及び共鳴コイル７の内周に沿って並べて、三角形の頂点が外周壁８ａ−２に向かうように、配置されている。

次に、上述した給電側コイルユニット４の冷却について説明する。吸気口８ａ−４から吸気され、導入方向Ｙ１に進む空気は、吸気口８ａ−４側に配置された内側壁部１１３に到達して、内側壁部１１３の図面右方向、左方向に分流される。その後、分流された空気は、外側壁部１１１と内側壁部１１３との間を通過して、コイル６及び共鳴コイル７に沿うように流れ、排気口８ａ−５から排気される。

上述した第２実施形態によれば、調整壁１１が、コイル６、共鳴コイル７の内側に配置された内側壁部１１３を有するので、吸気口８ａ−４から導入された空気が、導入方向Ｙ１に進んでコイル６、共鳴コイル７の内側に配置された内側壁部１１３に当たって分流して、コイル６、共鳴コイル７に沿って進むため、簡単な構成でより均一にコイル６、共鳴コイル７全体を冷却できる。

なお、上述した第２実施形態では、内側壁部１１３として三角形状のものを用いていたが、本発明はこれに限ったものではない。内側壁部１１３の形状としては、何でもよく、例えば、図５に示すような形状であってもよい。

また、上述した第２実施形態では、内側壁部１１３は、複数設けていたが、本発明はこれに限ったものではない。内側壁部１１３としては、導入方向Ｙ１と交差する位置にあるもの１つだけでもよい。

また、上述した第２実施形態では、調整壁１１が外側壁部１１１及び連通壁部１１２と、内側壁部１１３と、から構成されていたが、本発明はこれに限ったものではない。外側壁部１１１及び連通壁部１１２を設けずに、内側壁部１１３のみから構成されていてもよい。

また、上述した第１及び第２実施形態によれば、調整壁１１をケース８とは別に設けていたが、本発明はこれに限ったものではない。例えばケース８を多角形状に設け、調整壁１１の機能を持たせるようにしてもよい。

また、上述した第１及び第２実施形態によれば、駐車スペース３に設置される給電側コイルユニット４について説明していたが、本発明はこれに限ったものではない。車両２に配置される受電側コイルユニット５についても同様の構成にしてもよい。

また、上述した第１及び第２実施形態によれば、帯状の金属板を曲げてコイル６、１０及び共鳴コイル７、９を設けていたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、コイルボビンをケース８内に配置して、このコイルボビンに巻線を巻いてコイル６、１０及び共鳴コイル７、９を設けても良い。

また、上述した実施形態では、共鳴式の非接触給電装置１が用いられていたが、本発明はこれに限ったものではなく、非接触の給電方式は電磁誘導式であってもよい。また、コイルユニット１は、非接触給電に限らず、単体で各種の装置に適用してもよい。

また、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

４ 給電側コイルユニット（コイルユニット）
６ コイル
７ 共鳴コイル（コイル）
８ ケース
８ａ−２ ケースの外周壁
８ａ−４ 吸気口
８ａ−５ 排気口
１１ 調整壁
１１１ 外側壁部
１１３ 内側壁部
Ｙ１ 導入方向

Claims (5)

1. コイルと、該コイルを収容するケースと、を備えたコイルユニットにおいて、
   前記ケースの外周壁には、前記ケース内に空気を導入する吸気口と、前記ケース外に空気を排気する排気口と、が設けられ、
   前記吸気口から導入された空気の流れ方向を調整する調整壁があり、
   前記吸気口から導入され、導入方向に進む空気は、前記排気口に達する前に前記調整壁に到達して進行方向を変えるように構成されている
   ことを特徴とするコイルユニット。
2. 前記調整壁が、前記コイルの外側にあり、
   前記排気口が、前記吸気口からの導入方向の延長線上に位置しない
   ことを特徴とする請求項１に記載のコイルユニット。
3. 前記調整壁が、前記コイルの内側に配置された内側壁部を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載のコイルユニット。
4. 前記調整壁が、前記コイルの外側かつ前記ケース内側に多角形状に配置された複数の外側壁部を有する
   ことを特徴とする請求項２又は３記載のコイルユニット。
5. 前記吸気口から導入され、導入方向に進む空気と、当該導入方向に進んだ空気が当たる外側壁部と、の前記排出口に近い側の当接角度が９０度よりも大きくなるように、前記外側壁部が設けられ、
   互いに隣り合う前記外側壁部同士が成す角度が１２０度〜１６０度になるように設けられている
   ことを特徴とする請求項４に記載のコイルユニット。

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