JP2015084366A

JP2015084366A - 受電装置

Info

Publication number: JP2015084366A
Application number: JP2013222303A
Authority: JP
Inventors: 浩章湯浅; Hiroaki Yuasa
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-10-25
Filing date: 2013-10-25
Publication date: 2015-04-30

Abstract

【課題】コアユニットの略全体において温度上昇のムラの発生を抑制することが可能な受電部を備える受電装置を提供する。【解決手段】この受電装置に用いられる受電部２１０は、板状の形状を有し、側面、上面および下面を含むコアユニット２６０と、コアユニット２６０の上面および下面を含む周囲において、コイル巻回軸Ｏ２の周りに螺旋状に巻回された受電コイル２５０とを含み、コイル巻回軸Ｏ２の軸方向において、コアユニット２６０の両端部よりも中央部の方が、受電コイル２５０の巻回ピッチが大きく巻回されている。【選択図】図３

Description

本発明は、非接触で電力を送電装置から受電する受電装置に関する。

特許文献１〜７に開示されているように、非接触で電力を送受電する受電装置および送電装置が知られている。たとえば、特開２０１３−１５４８１５号公報（特許文献１：図９参照）に開示された受電部を含む受電装置は、下方に向けて開口するシールドケースと、このシールドケースの開口部を閉塞するように設けられた樹脂製の蓋と、シールドケース内に設けられたフェライトコアを有するコアと、このコアに巻きつけられた受電コイルとを備えている。送電装置も同様の構成を有している。

特開２０１３−１５４８１５号公報特開２０１３−１４６１５４号公報特開２０１３−１４６１４８号公報特開２０１３−１１０８２２号公報特開２０１３−１２６３２７号公報特開２０１３−０５９２３９号公報特開２０１２−１５１３１１号公報

上述した受電装置に採用される受電コイルは、コアに等しい巻回ピッチで巻回されている。受電時には、受電コイルに電流が流れ、受電コイルに電流が流れると、コアに発生する鉄損により発熱し、コアに発熱分布が生じる。

コイル巻回軸の軸方向（コイルの磁束方向）において、コアユニットの両端部は、受電コイルから突出しており、外部に熱が放熱され易い。その結果、コアの中央部に近い領域は、高温となる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、コアの略全体において温度分布のムラの発生を抑制することが可能な受電部を備える受電装置を提供することを目的とする。

この受電装置は、送電コイルを有する送電部に対向した状態で上記送電部から非接触で電力を受電する受電部を有する受電装置であって、上記受電部は、板状の形状を有し、側面、上面および下面を含むコアユニットと、上記コアユニットの上記上面および上記下面を含む周囲において、コイル巻回軸の周りに螺旋状に巻回された受電コイルとを含み、上記コイル巻回軸の軸方向において、上記コアユニットの両端部よりも中央部の方が、上記受電コイルの巻回ピッチが大きく巻回されている。

上記構成によれば、コイル巻回軸の軸方向（コイルの磁束方向）において、コアユニットの両端部よりも中央部の方が、受電コイルの巻回ピッチが大きく巻回されている。これにより、受電時に、コアユニットの中央部においては、両端部の領域に比べて、受電コイルから伝熱される熱量を抑制することが可能となる。

以上の構成によれば、コアユニットの略全体において温度上昇のムラの発生を抑制することが可能な受電部を備える受電装置を提供することを可能とする。

実施の形態の電力伝送システムを模式的に示す図である。実施の形態の電動車両を示す底面図である。実施の形態の受電部の構造を示す斜視図である。実施の形態の送電部の構造を示す斜視図である。

本発明に基づいた実施の形態について、以下、図面を参照しながら説明する。実施の形態の説明において、個数および量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数およびその量などに限定されない。実施の形態の説明において、同一の部品および相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。

図１を参照して、実施の形態１における電力伝送システム１０００について説明する。図１は、電力伝送システム１０００の全体構成を模式的に示す図である。電力伝送システム１０００は、電動車両１００（車両）および外部給電装置３００を備える。

（電動車両１００）
図１を参照して、電動車両１００は、車両本体１１０および受電装置２００を備える。車両本体１１０には、車両ＥＣＵ１２０（制御部）、整流器１３０、ＤＣ／ＤＣコンバータ（以下、単に「コンバータ」と称する。）１４０、バッテリ１５０、パワーコントロールユニット（以下、単に「ＰＣＵ」と称する。）１６０、モータユニット１７０、および通信部１８０などが設けられる。受電装置２００は、受電コイル２５０を有し、車両本体１１０の底面に配置される。

外部給電装置３００は送電装置４００を含み、送電装置４００は送電コイル４５０を有している。受電装置２００の受電コイル２５０が送電装置４００の送電コイル４５０に対向した状態で、受電装置２００は送電装置４００から電力を非接触で受電する。受電装置２００は、受電部２１０と、受電部２１０に接続されたコンデンサ２２０と、後述のシールドとを有する。受電部２１０は、ソレノイド型のコアユニット２６０と受電コイル２５０とを有する。

受電コイル２５０は、浮遊容量を有し、整流器１３０に接続されている。受電コイル２５０の誘導係数と、受電コイル２５０の浮遊容量およびコンデンサ２２０の電気容量とによって、電気回路が形成される。コンデンサ２２０および受電コイル２５０は、直列に接続されるが、これらは並列に接続されていてもよい。

電力伝送システム１０００において、車両本体１１０が停止しているときに給電ボタンがオン状態に設定されたことを車両ＥＣＵ１２０が検出した場合、車両の動作モードは充電モードに切り替えられる。車両ＥＣＵ１２０は、通信部１８０を介して、外部給電装置３００によるバッテリ１５０の充電制御の実行を指示する。

（外部給電装置３００）
外部給電装置３００は、送電装置４００、高周波電力装置３１０、送電ＥＣＵ３２０、および通信部３２２を含む。高周波電力装置３１０は、交流電源３３０に接続される。交流電源３３０は、商用電源または独立電源装置等である。送電装置４００は、駐車スペース内に設けられ、高周波電力装置３１０に接続される。送電ＥＣＵ３２０は、高周波電力装置３１０などの駆動を制御する。

通信部３２２は、外部給電装置３００と電動車両１００との間で無線通信を行なうための通信インターフェースである。通信部３２２は、電動車両１００の通信部１８０から送信されるバッテリ情報、送電の開始、継続、および停止を指示する信号、ならびに、送電電力の増加若しくは減少を指示する信号などを受信し、これらの情報を送電ＥＣＵ３２０へ出力する。

送電装置４００は、送電部４１０と、送電部４１０に接続されたコンデンサ４２０と、後述のシールドとを有する。送電部４１０は、ソレノイド型のコアユニット４４０と送電コイル４５０とを有する。送電コイル４５０は、浮遊容量を有し、高周波電力装置３１０に接続されている。送電コイル４５０の誘導係数と、送電コイル４５０の浮遊容量およびコンデンサ４２０の電気容量とによって、電気回路が形成される。コンデンサ４２０および送電コイル４５０は、直列に接続されるが、これらは並列に接続されていてもよい。

高周波電力装置３１０は、交流電源３３０から受ける電力を高周波の電力に変換し、変換した高周波電力を送電コイル４５０へ供給する。送電コイル４５０は、受電部２１０の受電コイル２５０へ、電磁誘導により非接触で電力を送電する。

このように送電装置４００において、高周波電力装置３１０は、交流電源３３０から受ける電力を高周波の電力に変換し、変換した高周波電力を送電コイル４５０へ供給する。送電部４１０および受電部２１０の各々は、コイル（４５０，２５０）とコンデンサ（４２０，２２０）とを含み、伝送周波数において共振するように設計されている。送電部４１０および受電部２１０の共振強度を示すＱ値は、１００以上であることが好ましい。

（受電部２１０の配置）
図２を参照して、受電部２１０の配置について説明する。図２は、電動車両１００を示す底面図である。図２において、「Ｄ」は、鉛直方向下方Ｄを示す。「Ｌ」は、車両左方向Ｌを示す。「Ｒ」は、車両右方向Ｒを示す。「Ｆ」は、車両前進方向Ｆを示す。「Ｂ」は、車両後退方向Ｂを示す。「Ｕ」は、鉛直方向上方Ｕを示す。これらについては、後述する図３および図４においても共通している。

図２を参照して、電動車両１００の車両本体１１０は、底面１１２を有している。受電部２１０は、車両本体１１０の底面１１２に設けられる。受電部２１０は、前後方向におけるエンジン１１９よりも後方側（車両後退方向Ｂの側）であって、かつ、前後方向における中心位置Ｐ１よりも前方側（車両前進方向Ｆの側）に配置されている。受電部２１０の受電コイル２５０のコイル巻回軸Ｏ２は、車両本体１１０の前後方向に対して平行な方向に延びている。電動車両１００が駐車スペース内の電力伝送可能な所定位置に駐車した場合に、受電コイル２５０のコイル巻回軸Ｏ２と送電コイル４５０（図１）のコイル巻回軸Ｏ２（図４参照）とが互いに平行になることが企図されている。

図２に示すように、本実施の形態において受電部２１０は、受電部２１０の側部に設けられたフランジ２３０Ｆ（４箇所）を利用して、ボルトＢ１を用いて、フロアパネル１１４に固定されている。フロアパネル１１４には予めナットＮ１（又は、タップ）が設けられている。フランジ２３０Ｆは、樹脂部材２３０に対してインサート成型により一体に設けられている。平面視において、受電部２１０のフランジ２３０Ｆを除いた外径寸法は、約２４０ｍｍ×２９０ｍｍ程度である。これらの寸法は、一例であり、この寸法に限定されるものではない。

受電部２１０とフロアパネル１１４との間には、シールドを設けることが好ましいが、本実施の形態では、図示を省略している。

（受電部２１０）
図３を参照して、受電部２１０の構造について説明する。図３は、受電部２１０の構造を示す斜視図である。図３においては、一部樹脂部材２３０を破断して図示している。後述の図４も同様である。なお、図２に示した、受電部２１０に設けられるフランジ２３０Ｆの図示は、ここでは省略している。

（受電部２１０）
受電部２１０は、受電コイル２５０、コアユニット２６０、および、コアユニット２６０および受電コイル２５０が埋め込まれる樹脂部材２３０を含む。コアユニット２６０には、コイル巻回軸Ｏ２を中心として、コアユニット２６０の上面および下面を含む周囲において螺旋状に受電コイル２５０が巻回されている。樹脂部材２３０は、側面、上面および下面を有する板状の形状を有し、内部にコアユニット２６０および受電コイル２５０が埋め込まれている。樹脂部材２３０には、たとえば、不燃性のポリエステル等が用いられる。

コアユニット２６０は、上面２６０Ａ、下面２６０Ｂ、側面２６０Ｃ〜２６０Ｆを有する全体として板状の形状を有する。コアユニット２６０は、複数の分割コアが組み合わされ、この分割コアが絶縁紙により包囲されている。分割コアにはいずれもフェライトが用いられる。

受電コイル２５０は、コイル巻回軸Ｏ２の軸方向（（コイルの磁束方向）：図３中のソレノイド長（Ｌ方向））において、コアユニット２６０の両端部よりも中央部の方が、受電コイル２５０の巻回ピッチが大きく巻回されている。本実施の形態では、両端部から中央に向かうにしたがって徐々に巻回ピッチが大きくなる巻回パターンを採用している。よって、中央部の巻回ピッチＰ１１が最も大きく、両端部の巻回ピッチＰ１２が最も小さい。なお、両端部では、巻回ピッチが中央部よりも密な均等ピッチ巻回されで、中央部が両端部よりも疎な均等ピッチで巻回される巻回パターンでもよい。

このように、コイル巻回軸Ｏ２の軸方向において、コアユニット２６０の両端部よりも中央部の方が、受電コイル２５０の巻回ピッチが大きく巻回されている。これにより、受電時に、コアユニット２６０の中央部においては、両端部の領域に比べて、受電コイル２５０から伝熱される熱量を抑制することが可能となる。その結果、コアユニット２６０の略全体において温度上昇のムラの発生を抑制することを可能とする。これにより、コアユニット２６０の温度の均一化が図られ、許容可能な電流を増やすことができる。

なお、図４に示すように、送電装置に用いられる送電部４１０においても、基本的構成は受電部２１０と同じであることから、上記受電部２１０と同様に、コイル巻回軸Ｏ２の軸方向において、コアユニット４６０の両端部よりも中央部の方が、送電コイル４５０の巻回ピッチが大きく巻回される構成を採用するとよい。

これにより、コアユニット４６０の中央部においては、コイル巻回軸Ｏ２の軸方向における両端部の領域に比べて、送電コイル４５０から伝熱される熱量を抑制することが可能となり、コアユニット４６０の中央部の温度上昇を回避することができる。その結果、コアユニット４６０の略全体において温度上昇のムラの発生を抑制することを可能とする。これにより、コアユニット４６０の温度の均一化が図られ、許容可能な電流を増やすことができる。

上記各実施の形態において、受電部２１０のコイルの巻回方向は、巻回軸Ｏ２周りには限定されない。たとえば、巻回軸Ｏ２の直交する方向（Ｒ−Ｌ）方向に延びる巻回軸を巻回方向としてもよい。この場合、送電部４１０も同じ方向に延びる巻回軸を巻回方向とする。

上記実施の形態において、受電部２１０として、受電コイル２５０をコアユニット２６０とともに樹脂部材２３０により封止した構造を示しているが、樹脂部材２３０を用いない構造の受電部２１０に対しても、上記各実施の形態の構成を採用することが可能である。送電部４１０においても同様である。

以上、各実施の形態について説明したが、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。本発明の技術的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。

１００電動車両、１１０車両本体、１１２底面、１１４フロアパネル、１１９エンジン、１２０車両ＥＣＵ、１３０整流器、１４０ＤＣ／ＤＣコンバータ、１５０バッテリ、１６０パワーコントロールユニット（ＰＣＵ）、１７０モータユニット、１８０，３２２通信部、２００受電装置、２１０受電部、２２０，４２０コンデンサ、２３０，４３０樹脂部材、２６０，４６０コアユニット、２６０Ａ上面、２６０Ｂ下面、２６０Ｃ，２６０Ｄ，２６０Ｅ，２６０Ｆ側面、２５０受電コイル、３００外部給電装置、３１０高周波電力装置、３２０送電ＥＣＵ、３３０交流電源、４００送電装置、４１０，４５０送電コイル、１０００電力伝送システム、Ｏ２コイル巻回軸、Ｐ１中心位置。

Claims

送電コイルを有する送電部に対向した状態で前記送電部から非接触で電力を受電する受電部を有する受電装置であって、
前記受電部は、
板状の形状を有し、側面、上面および下面を含むコアユニットと、
前記コアユニットの前記上面および前記下面を含む周囲において、コイル巻回軸の周りに螺旋状に巻回された受電コイルと、を含み、
前記コイル巻回軸の軸方向において、前記コアユニットの両端部よりも中央部の方が、前記受電コイルの巻回ピッチが大きく巻回されている、受電装置。