JP2014183689A - 非接触充電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱を抑えつつ、シールドの開口部分からコイルが抜け落ちることを防止できる非接触充電装置を提供すること。
【解決手段】非接触充電装置１００は、巻線１２を有するソレノイドコイルと、ソレノイドコイルから発生する電磁力を遮蔽するシールド部材と、を備える。ソレノイドコイルは、電磁力を用いて巻線１２の中心軸と垂直方向へ給電し、または、電磁力を用いて上記垂直方向から受電するものである。シールド部材は、巻線１２のある領域を上記垂直方向へ投影した空間内に備えられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、コイルからの不要輻射を遮蔽するシールドを備えた非接触充電装置に関する。

プラグインＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle：ハイブリッド自動車）またはＥＶ（Electric Vehicle：電気自動車）に搭載された蓄電池に対して外部電源から充電を行う技術は、例えば、電磁誘導を利用する非接触充電が知られている。この非接触充電は、送電コイルを備えた非接触送電装置と、受電コイルを備えた非接触受電装置とで実現される。なお、本明細書では、非接触送電装置と非接触受電装置をまとめて、非接触充電装置という。

非接触充電装置は、送電コイルまたは受電コイルから発生する不要輻射が問題となる。そこで、例えば特許文献１、２には、電磁気遮蔽効果のある素材で構成された直方体状のシールドによりコイルを囲むことで、不要輻射を遮蔽する技術が開示されている。このシールドを構成する底面の１つは、コイルが対向する別のコイルと送電または受電を行えるように、開口している。

特開２０１１−９１９９９号公報 特開２００５−１０１３９２号公報

しかしながら、特許文献１、２の技術は、シールドを構成する底面の１つが開口しているため、このシールドを備えた非接触受電装置を車両に搭載した場合、下向きとなった開口部分から受電コイルが抜け落ちるおそれがある。

そこで、開口部分の一部に補強部材（例えば、シールドの一部分）を設けるようにして、開口部分からのコイルの抜け落ちに対応することが考えられる。しかし、補強部材を配置する位置によっては、コイルからの磁束が補強部材と鎖交することで発熱してしまう、という問題がある。

本発明の目的は、発熱を抑えつつ、シールドの開口部分からコイルが抜け落ちることを防止できる非接触充電装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る非接触充電装置は、巻線を有するソレノイドコイルと、前記ソレノイドコイルから発生する電磁力を遮蔽するシールド部材と、を備え、前記ソレノイドコイルは、電磁力を用いて前記巻線の中心軸と垂直方向へ給電し、または、電磁力を用いて前記垂直方向から受電するものであり、前記シールド部材は、前記巻線のある領域を前記垂直方向へ投影した空間内に備えられる構成を採る。

本発明は、発熱を抑えつつ、シールドの開口部分からコイルが抜け落ちることを防止できる。

本発明の実施の形態１に係る非接触充電装置の一例を示す斜視図 本発明の実施の形態１に係る非接触充電装置の充電実行時の例を示す側面図 本発明の実施の形態１に係る非接触充電装置の長手方向の構成例を示す断面図 本発明の実施の形態１に係る非接触充電装置の車両搭載の一例を示す側面図 本発明の実施の形態２に係る非接触充電装置の一例を示す斜視図 本発明の実施の形態２に係る非接触充電装置の長手方向の構成例をそれぞれ示す断面図 本発明の実施の形態３に係る非接触充電装置の一例を示す斜視図 本発明の実施の形態３に係る非接触充電装置の長手方向の構成例をそれぞれ示す断面図 本発明の実施の形態４に係る非接触充電装置の一例を示す斜視図

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る非接触充電装置について説明する。

まず、本実施の形態に係る非接触充電装置１００の全体構成について、図１を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係る非接触充電装置１００の斜視図である。

非接触充電装置１００は、例えば、ＥＶまたはプラグインＨＥＶの非接触充電に用いられる送電装置または受電装置である。図１において、非接触充電装置１００は、ソレノイドコイルおよびシールドを有する。

ソレノイドコイルは、電磁誘導により変動する磁束Ｆ（図示せず。例えば、図２、図５Ａ等参照）を発生する送電コイルとして機能する。または、ソレノイドコイルは、磁束Ｆを受ける受電コイルとして機能する。図１に示すように、ソレノイドコイルは、コア１１（コア部材の一例）と巻線１２を有する。コア１１は、例えば、直方体状のフェライトである。巻線１２は、コア１１の長手方向における中央部分に備えられる。ソレノイドコイルが送電コイルの場合、巻線１２は、交番電流で駆動され、磁束Ｆを発生させる。一方、ソレノイドコイルが受電コイルの場合、巻線１２は、磁束Ｆを受けて交番電流を発生させる。

磁束Ｆは、巻線１２が巻かれたコア１１の両端に発生し、他のソレノイドコイルとの磁気結合により送電、受電が実施されるほか、ソレノイドコイル自身の他端にも発生する。すなわち、ソレノイドコイルは、電磁力を用いて、巻線１２の中心軸に対して垂直となる方向（以下、「垂直方向」という）へ給電し、または、電磁力を用いて垂直方向から受電する。

なお、図１において、矢印Ｙは、巻線１２の中心軸を示す。また、矢印Ｚは、矢印Ｙと垂直である方向を示す。すなわち、矢印Ｚは、上記「垂直方向」を示す。また、矢印Ｘは、矢印Ｙと直角を成し、かつ、矢印Ｚと直角を成す方向を示す。なお、矢印Ｘ、Ｙ、Ｚが示す各方向は、図２〜７においても同様に適用されるとする。

図２は、非接触充電装置１００を送電側とした送電装置１００ａと、非接触充電装置１００を受電側とした受電装置１００ｂとが、非接触充電を実行しているときの例を示す。このとき、送電装置１００ａと受電装置１００ｂとの間には、図２に示すように磁束Ｆが発生する。これにより、送電装置１００ａは、巻線１２の中心軸（矢印Ｙ）に対する垂直方向（矢印Ｚ）へ給電する。一方、受電装置１００ｂは、巻線１２の中心軸（矢印Ｙ）に対する垂直方向（矢印Ｚ）から受電する。

なお、図１では図示を省略しているが、ソレノイドコイルは、フェライトに対して巻線を保持し、底面部２０、２３に対する位置決めを行うためのボビンを有する。なお、ボビンは、図３に図示している。

シールド（シールド部材の一例）は、ソレノイドコイルから発生する電磁力を遮蔽する部材であり、複数の部材として、底面部２０、２３および側面部２１、２２を有する。これら各部は、長方形の板状部材であり、電磁気遮蔽効果のある素材（例えば、金属）で構成される。これらは複数部材を接続して形成してもよいし、一体的に形成してもよい。

底面部２０は、ソレノイドコイル（コア１１）において最大面積を有する面と相対する。また、底面部２０は、ソレノイドコイルを挟んで底面部２３と相対し、底面部２３と平行な位置関係にある。

側面部２１、２２は、底面部２０と底面部２３の間に設けられる。

底面部２３は、開口部分からソレノイドコイルが抜け落ちることを防止するための補強部材である。

また、底面部２３は、コア１１において巻線１２が存在する領域（以下、「巻線有り領域」という）の真上に設けられ、巻線有り領域の面と相対する。換言すれば、底面部２３は、巻線１２が巻かれている領域を、矢印Ｚで示す垂直方向へ投影した空間内に備えられる。よって、コア１１において巻線１２が存在しない領域（以下、「巻線無し領域」）の真上は、底面部２３は設けられておらず、開口している。換言すれば、底面部２３は、巻線無し領域を、矢印Ｚで示す垂直方向へ投影した空間内には備えない。巻線有り領域の真上は磁束がほぼ底面部２３と平行になるため、底面部２３は磁束とほとんど鎖交しない。

また、シールドにおいて、底面部２０の２つの短辺の真上（ソレノイドコイルの長手方向、すなわち矢印Ｙの延長線に対して垂直な面）は、それぞれ、開口している。

次に、非接触充電装置１００の長手方向の断面について、図３を用いて説明する。図３は、非接触充電装置１００の長手方向（図１のＡ−Ａ’）の断面の構成例を示す図である。なお、図３は、側面部２１または２３の図示を省略している。

ソレノイドコイルは、ボビン１３を用いて、底面２０、２３に対する位置決めが行われる。ボビン１３は、巻線有り領域を囲っている。また、ボビン１３、底面２０、２３、および側面部２１、２２（図示略）によって囲まれた空間には、材料１４が充填される。材料１４は、固形または非固形であり、非導電体かつ非磁性体である。この材料１４の充填により、巻線有り領域と、底面２０と、底面２３と（すなわち、シールドと巻線との間）を、熱結合および機械的結合を実現できる。

このような非接触充電装置１００は、非接触受電装置として用いられる場合、車両に取り付けられる。図４は、非接触充電装置１００が車両に取り付けられた例を示す側面図である。なお、図４は、側面部２１および２３の図示を省略している。

例えば、図３の非接触充電装置１００は、図４に示すように、車両２００（例えばプラグインＨＥＶまたはＥＶ）の車体の底に取り付けられる。図４に示すように、巻線有り領域の下方には底面部２３が存在するので、ソレノイドコイルの抜け落ちを防止できる。

以上説明したように、本実施の形態の非接触充電装置１００は、シールドにおいて従来は開口していた部分に、補強部材として底面部２３を有するので、シールドの開口部分からコイルが抜け落ちることを防止でき、かつ、不要輻射を遮蔽できる。また、その底面部２３は、磁束がほぼ平行になる位置（例えば、巻線有り領域の真上）に配置されるので、底面部２３と磁束が鎖交する面積を低減できる。その結果、シールドの発熱および伝送効率の低下を抑える（低減する）ことができる。

また、非接触充電装置１００は、シールドにおいて、底面部２０の２つの短辺の真上（ソレノイドコイルの長手方向の延長線に対して垂直な面）、および底面部２３の延長上の巻線無し領域に相対する箇所（巻線無し領域を、矢印Ｚで示す垂直方向へ投影した空間）がそれぞれ開口している。これにより、ソレノイドコイルに出入りする磁束が鎖交するシールドが近傍にないことで、シールドの発熱および伝送効率の低下を抑えることができる。底面部２０および側面部２１、２２の長手方向を短くすることで、筐体自体を小さくできる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る非接触充電装置について説明する。

まず、本実施の形態に係る非接触充電装置１０１の全体構成について、図５Ａを参照して説明する。図５Ａは、本実施の形態に係る非接触充電装置１０１の斜視図である。なお、図５Ａにおいて、図１と同じ部分には同一符号を付し、その部分の説明は省略する。

図５Ａにおいて、非接触充電装置１０１は、底面部２４ａ、２４ｂ、２４ｃ（以下、「２４ａ〜ｃ」という）を有する点が実施の形態１と異なる。底面部２４ａ〜ｃは、ソレノイドコイルの抜け落ちを防止するための補強部材である。底面部２４ａ〜ｃは、それぞれ、同一形状の長方形状の部材であり、電磁気遮蔽効果のある素材（例えば、金属）で構成される。

また、底面部２４ａ〜ｃは、ソレノイドコイルを挟んで底面部２０と相対し、側面部２１、２２のそれぞれに対して垂直に設けられる。よって、底面部２４ａ〜ｃは、底面部２０と平行な位置関係にある。また、底面部２４ａ〜ｃは、巻線有り領域の真上に設けられる。換言すれば、巻線無し領域の真上は、底面部２４ａ〜ｃは設けられておらず、開口している。上述したように、巻線有り領域の真上は磁束がほぼ底面部２４ａ〜ｃと平行になるため、底面部２４ａ〜ｃは磁束とほとんど鎖交しない。

また、底面部２４ａ〜ｃは、それぞれ、所定の間隔を空けて設けられる。すなわち、底面部２４ａと底面部２４ｂの間および底面部２４ｂと底面部２４ｃの間は、それぞれ、開口している。開口の間隔は、例えば、ソレノイドコイルの固定位置および／または放熱構造に基づいて決定される。ソレノイドの固定位置とは、例えば、ボビンと底面部２４ａ〜ｃとが固定される位置である。また、放熱構造とは、例えば、底面部２４ａ〜ｃが材料１４と接して放熱を行う位置である。

次に、非接触充電装置１０１の長手方向の断面について、図５Ｂを用いて説明する。図５Ｂは、非接触充電装置１０１の長手方向（図５ＡのＡ−Ａ’）の断面の構成例を示す図である。なお、図５Ｂは、側面部２１または２２の図示を省略している。

図５Ｂにおいて、底面部２４ａ〜ｃは、磁束Ｆが底面部２４ａ〜ｃとほぼ並行となる巻線有り領域の真上に設けられている。また、底面部２４ａ〜ｃは、それぞれ、所定の間隔を空けて設けられる。なお、図５Ｂでは、図示を省略しているが、図３Ａまたは図３Ｂと同様に、ボビン１３および材料１４を有する。

以上説明した本実施の形態の非接触充電装置１０１は、上述した実施の形態１の作用効果に加えて、以下の作用効果を得ることができる。すなわち、非接触充電装置１０１は、巻線有り領域の真上において、底面部２４ａ〜ｃを所定の間隔空けて備えるので、実施の形態１の底面部２３と比べて、磁束と鎖交する面積を低減できる。その結果、シールドの発熱および電力伝送効率の低下をより抑えることができる。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る非接触充電装置について説明する。

まず、本実施の形態に係る非接触充電装置１０２の全体構成について、図６Ａを参照して説明する。図６Ａは、本実施の形態に係る非接触充電装置１０２の斜視図である。なお、図６Ａにおいて、図１と同じ部分には同一符号を付し、その部分の説明は省略する。

図６Ａにおいて、非接触充電装置１０２は、底面部２３に放熱フィン２５を有する点が実施の形態１と異なる。放熱フィン２５は、底面部２３の上面に複数備えられる。底面部２３の上面とは、底面部２３において、巻線有り領域と相対する面の裏面（巻線１２と向き合う面の反対面）である。

放熱フィン２５は、長方形の板状部材であり、熱伝導および放熱効果のある素材（例えば、金属）で構成される。放熱フィン２５は、その長手方向がソレノイドコイルの長手方向に沿って配置される。また、放熱フィン２５は、それぞれ、底面部２３の長手方向において、所定の間隔を空けて配置される。巻線有り領域の真上は磁束がほぼ放熱フィン２５と平行になるため、放熱フィン２５は磁束とほとんど鎖交しない。

次に、非接触充電装置１０２の長手方向の断面について、図６Ｂを用いて説明する。図６Ｂは、非接触充電装置１０２の長手方向（図６ＡのＡ−Ａ’）の断面の構成例を示す図である。なお、図６Ｂは、側面部２１または２２の図示を省略している。

図６Ｂにおいて、底面部２３および放熱フィン２５は、磁束Ｆがほぼ底面部２３および放熱フィン２５と平行となる巻線有り領域の真上に設けられている。なお、図６Ｂでは、図示を省略しているが、図３Ａまたは図３Ｂと同様に、ボビンおよび材料１４を有する。この場合、材料１４は、熱伝導性を有し、巻線１２から底面部２３へ熱を伝導する。そして、底面部２３へ伝導された熱は、放熱フィン２５から放熱される。

なお、本実施の形態において、放熱フィン２５は、その長手方向の形状を長方形として説明したが、これに限定されず、例えば台形状または円弧状であってもよいが、放熱フィン２５は、巻線１２の中心軸（矢印Ｙ）と平行であることが好ましい。

以上説明した本実施の形態の非接触充電装置１０２は、上述した実施の形態１の作用効果に加えて、以下の作用効果を得ることができる。すなわち、非接触充電装置１０２は、底面部２３の上面に複数の放熱フィン２５を備えるので、シールドからの放熱、すなわちコイルの放熱を効率的に実現できる。このとき、放熱フィン２５が巻線１２の中心軸と平行であると、放熱フィンは磁束とほとんど鎖交しないため、放熱フィン自体の発熱は少なく、さらに、放熱フィンによる電力伝送効率の低下は少ない。

（実施の形態４）
本発明の実施の形態４に係る非接触充電装置について説明する。

まず、本実施の形態に係る非接触充電装置１０３の全体構成について、図７を参照して説明する。図７は、本実施の形態に係る非接触充電装置１０３の斜視図である。なお、図７において、図１と同じ部分には同一符号を付し、その部分の説明は省略する。

図７において、非接触充電装置１０３は、側面部２６、２７の長さが実施の形態１と異なる。すなわち、側面部２６、２７の長辺は、底面部２３の短辺と同じ長さである。底面部２３の短辺は、巻線有り領域に対応するので、側面部２６、２７は、巻線有り領域の真横だけに配置される。換言すれば、側面部２６、２７は、巻線１２の中心軸（矢印Ｙ）および垂直方向（矢印Ｚ）の両方に対して直角となる方向（矢印Ｘ）へ投影した空間内に備えられる。

以上説明した本実施の形態の非接触充電装置１０３は、上述した実施の形態１の作用効果に加えて、以下の作用効果を得ることができる。すなわち、非接触充電装置１０３は、側面部２６、２７の長辺の長さが底面部２３の短辺の長さと同じであるので、底面部２０の長手方向（長辺、すなわち矢印Y方向）を短くすることで筐体自体を小さくできる。

以上、本発明の各実施の形態について説明したが、上記説明は一例であり、種々の変形が可能である。また、各実施の形態の構成は、可能な範囲で適宜組み合わせてもよい。

本発明は、例えば、コイルからの不要輻射を遮蔽するシールドを備えた非接触充電装置に適用することができる。

１１ コア
１２ 巻線
１３ ボビン
１４ 材料
２０ 底面部
２１、２２、２６、２７ 側面部
２３、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ 底面部
２５ 放熱フィン
１００ 非接触充電装置
２００ 車両

Claims (8)

1. 巻線を有するソレノイドコイルと、
   前記ソレノイドコイルから発生する電磁力を遮蔽するシールド部材と、を備え、
   前記ソレノイドコイルは、電磁力を用いて前記巻線の中心軸に対して垂直方向へ給電し、または、電磁力を用いて前記垂直方向から受電するものであり、
   前記シールド部材は、前記巻線のある領域を前記垂直方向へ投影した空間内に備えられる、
   非接触充電装置。
2. 前記ソレノイドコイルは、前記巻線が巻かれたコア部材をさらに有し、
   前記シールド部材は、前記コア部材の前記巻線が巻かれていない領域を、前記垂直方向へ投影した空間内には備えない、
   請求項１記載の非接触充電装置。
3. 前記シールド部材と前記巻線との間を非導電体かつ非磁性体の材料により結合した、
   請求項１または２記載の非接触充電装置。
4. 前記シールド部材は、複数部材にて形成される、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の非接触充電装置。
5. 前記シールド部材は、
   前記巻線と相対する面の反対面に放熱フィンを有する、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の非接触充電装置。
6. 前記放熱フィンは、前記巻線の中心軸と平行に配置される、
   請求項５記載の非接触充電装置。
7. 前記シールド部材は、前記コア部材の前記巻線が巻かれている部分を、前記巻線の中心軸および前記垂直方向の両方に対して直角となる方向へ投影した空間内に備えられる、
   請求項２から６のいずれか１項に記載の非接触充電装置。
8. 前記ソレノイドコイルが送電コイルとして機能する非接触送電装置、または、前記ソレノイドコイルが受電コイルとして機能する非接触受電装置、のいずれかである、
   請求項１から７のいずれか１項に記載の非接触充電装置。
   

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