JP2015104218A - Non-contact charging unit for vehicle - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a non-contact charging unit for vehicle capable of reducing a mounting space of each unit of a non-contact charging system at a vehicle bottom surface without inhibiting smooth charging.SOLUTION: At a vehicle bottom surface, an LC circuit of a non-contact power receiving unit 12 having a coil 26 and a capacitor 22 is installed by neighboring side by side along the bottom surface. The non-contact power receiving unit 12 further includes an antenna coil 14 for intrusion sensor that detects an intruding object between the non-contact power receiving unit 12 and a non-contact power supplying unit provided on a road surface. The coil 14 is so disposed as to be laminated to the capacitor 22.

Description

本発明は、車両用非接触充電ユニットに関する。   The present invention relates to a vehicle non-contact charging unit.

いわゆるハイブリッド車両や電気自動車では、車両の駆動源として、回転電機が用いられている。回転電機の電源として、車両には二次電池が搭載されている。二次電池の充電システムとして、例えば特許文献１のような、非接触充電システムが知られている。   In so-called hybrid vehicles and electric vehicles, a rotating electrical machine is used as a drive source for the vehicle. As a power source for the rotating electrical machine, a secondary battery is mounted on the vehicle. As a charging system for a secondary battery, for example, a non-contact charging system as in Patent Document 1 is known.

非接触充電システムでは、車両の底面（アンダーカバー）に、受電ユニットを設ける。また、路面には給電ユニットを設ける。受電ユニット及び給電ユニットにはそれぞれコイルが設けられており、受電ユニットと給電ユニットとを対向させるとともに、電磁誘導法や、電磁誘導を行うＬＣ回路の共振条件を利用した共鳴法等を用いて、受電ユニットから給電ユニットに、非接触に電力を送る。   In the non-contact charging system, a power receiving unit is provided on the bottom surface (under cover) of the vehicle. A power supply unit is provided on the road surface. Each of the power reception unit and the power supply unit is provided with a coil. The power reception unit and the power supply unit are opposed to each other, and using an electromagnetic induction method, a resonance method using a resonance condition of an LC circuit that performs electromagnetic induction, or the like, Power is sent from the power receiving unit to the power supply unit in a non-contact manner.

車両には、給電ユニットから受電ユニットへの電力送電を円滑に行うための付帯設備が設けられている。例えば、図２に示すように、給電ユニットと受電ユニット１００の間への異物の侵入を検知する侵入センサが設けられる。路面の給電ユニットと車両底面の受電ユニット１００の間について検出を行うことから、侵入センサのアンテナコイル（ダイポールアンテナ）１０２は車両底面に設けられ、路面側に指向される。また、給電ユニット側との通信を行うための通信ユニットが車両に設けられている。給電ユニット側の通信アンテナコイルが路面に設けられている場合、受電ユニット側の通信アンテナコイル１０４は、車両の底面に設けられる。   The vehicle is provided with incidental equipment for smoothly transmitting power from the power supply unit to the power receiving unit. For example, as illustrated in FIG. 2, an intrusion sensor that detects intrusion of a foreign object between the power supply unit and the power receiving unit 100 is provided. Since detection is performed between the power supply unit on the road surface and the power receiving unit 100 on the vehicle bottom surface, the antenna coil (dipole antenna) 102 of the intrusion sensor is provided on the vehicle bottom surface and is directed to the road surface side. In addition, a communication unit for performing communication with the power supply unit side is provided in the vehicle. When the communication antenna coil on the power supply unit side is provided on the road surface, the communication antenna coil 104 on the power reception unit side is provided on the bottom surface of the vehicle.

国際公開第２０１０／１０６６４８号International Publication No. 2010/106648

ところで、車両の底面における非接触充電システムの各ユニットの搭載スペースの縮小を図るために、受電ユニット１００、侵入センサ用アンテナコイル１０２、及び通信アンテナコイル１０４を一箇所にまとめることが考えられる。しかし、その配置によっては、アンテナコイル１０２、１０４と受電ユニット１００のコイルとの相互インダクタンスが生じて、円滑な充電が困難となるおそれがある。そこで、本発明は、円滑な充電を妨げることなく、車両底面における非接触充電システムの各ユニットの搭載スペースを縮小可能な、車両用非接触充電ユニットを提供することを目的とする。   By the way, in order to reduce the mounting space of each unit of the non-contact charging system on the bottom surface of the vehicle, it is conceivable to combine the power receiving unit 100, the intrusion sensor antenna coil 102, and the communication antenna coil 104 in one place. However, depending on the arrangement, mutual inductance between the antenna coils 102 and 104 and the coil of the power receiving unit 100 may occur, and smooth charging may be difficult. Therefore, an object of the present invention is to provide a vehicle non-contact charging unit that can reduce the mounting space of each unit of the non-contact charging system on the bottom of the vehicle without hindering smooth charging.

本発明に係る車両用非接触充電ユニットは、車両底面に当該底面に沿って隣接して設置されたコイル及びコンデンサを有するＬＣ回路を備え路面に設置された非接触給電ユニットからの電力を受電する非接触受電ユニットと、前記コンデンサに積層されるように配置され、前記非接触給電ユニットと非接触受電ユニットとの間の侵入物を検出する侵入センサ用アンテナコイルと、を備える。   A vehicle non-contact charging unit according to the present invention includes an LC circuit having a coil and a capacitor installed adjacent to the bottom surface of the vehicle along the bottom surface, and receives power from a non-contact power supply unit installed on a road surface. A contactless power receiving unit; and an antenna coil for an intrusion sensor disposed to be stacked on the capacitor and detecting an intruder between the contactless power feeding unit and the contactless power receiving unit.

また、上記発明において、前記コンデンサには、前記非接触給電ユニットの制御部との通信を行う通信アンテナコイルが積層されていることが好適である。   Moreover, in the said invention, it is suitable for the said capacitor | condenser that the communication antenna coil which communicates with the control part of the said non-contact electric power feeding unit is laminated | stacked.

また、上記発明において、前記コイルとコンデンサの配列方向に直交する軸周りに、前記コイルが捲回されていることが好適である。   In the above invention, it is preferable that the coil is wound around an axis orthogonal to the arrangement direction of the coil and the capacitor.

本発明によれば、円滑な充電を妨げることなく、車両底面における非接触充電システムの各ユニットの搭載スペースの縮小が可能となる。   According to the present invention, it is possible to reduce the mounting space of each unit of the non-contact charging system on the bottom surface of the vehicle without hindering smooth charging.

本実施形態に係る車両用非接触充電ユニットを例示する図である。It is a figure which illustrates the non-contact charge unit for vehicles concerning this embodiment. 従来の車両用非接触充電ユニットを例示する図である。It is a figure which illustrates the conventional non-contact charge unit for vehicles.

図１に、本実施形態に係る車両用非接触充電ユニット１０を例示する。車両用非接触充電ユニット１０は、非接触受電ユニット１２、侵入センサ用アンテナコイル１４、通信ユニット用アンテナコイル１６、及びシールドケース１８を備える。なお、図１に示す車両用非接触充電ユニット１０は、車両底面を背にして、路面に露出する側が示されている。また、車両用非接触充電ユニット１０は、例えば車両底面の中央部に設置されてよい。   FIG. 1 illustrates a vehicle non-contact charging unit 10 according to the present embodiment. The vehicle non-contact charging unit 10 includes a non-contact power receiving unit 12, an intrusion sensor antenna coil 14, a communication unit antenna coil 16, and a shield case 18. In addition, the vehicle non-contact charging unit 10 shown in FIG. 1 is shown with the vehicle bottom side exposed and the side exposed to the road surface. Moreover, the non-contact charging unit 10 for vehicles may be installed, for example in the center part of the vehicle bottom face.

シールドケース１８は、非接触充電のような大電流を扱う際に生じる磁界をシールドケースの外に出さない（閉じ込める）ためのものであり、例えば金属材料から構成される。シールドケース１８は、非接触受電ユニット１２、侵入センサ用アンテナコイル１４及び通信ユニット用アンテナコイル１６を収容する。路面との接触を防ぐために、シールドケース１８は車両底面から路面までの高さが低くなるように形成されていることが好適である。例えば、シールドケース１８は、車両底面に沿った平板及びその縁辺に設けられて車両底面とは略垂直な縁壁を設けた、角盆形状であってよい。さらに、シールドケース１８の開口を、樹脂等の非磁性材料で覆うようにして、収容物を保護するようにしてもよい。   The shield case 18 is for preventing a magnetic field generated when handling a large current such as contactless charging from being out of the shield case (contained), and is made of, for example, a metal material. The shield case 18 accommodates the non-contact power receiving unit 12, the intrusion sensor antenna coil 14, and the communication unit antenna coil 16. In order to prevent contact with the road surface, the shield case 18 is preferably formed so that the height from the vehicle bottom surface to the road surface is low. For example, the shield case 18 may have a square tray shape provided with a flat plate along the bottom surface of the vehicle and an edge wall provided on the edge thereof and substantially perpendicular to the bottom surface of the vehicle. Further, the opening of the shield case 18 may be covered with a nonmagnetic material such as resin to protect the contents.

非接触受電ユニット１２は、コイルユニット２０及びコンデンサ２２を備える。コイルユニット２０は、コア２４にコイル２６が巻き回されて構成される。路面との接触を防ぐために、コア２４は薄い平板形状であってよい。ここで、コイル２６から生じる磁束が侵入センサ用アンテナコイル１４や通信ユニット用アンテナコイル１６を通過しないように、コイル２６をコア２４に捲回する（巻き回す）ことが好適である。例えば、コイル２６の捲回軸Ｌ１が、コイルユニット２０とコンデンサ２２が配列される配列方向Ｌ０に対して直交するように、コイル２６をコア２４に捲回する。   The non-contact power receiving unit 12 includes a coil unit 20 and a capacitor 22. The coil unit 20 is configured by winding a coil 26 around a core 24. In order to prevent contact with the road surface, the core 24 may have a thin flat plate shape. Here, it is preferable to wind the coil 26 around the core 24 so that the magnetic flux generated from the coil 26 does not pass through the intrusion sensor antenna coil 14 or the communication unit antenna coil 16. For example, the coil 26 is wound around the core 24 so that the winding axis L1 of the coil 26 is orthogonal to the arrangement direction L0 in which the coil unit 20 and the capacitor 22 are arranged.

コンデンサ２２は、コア２４と同様にして路面との接触を防ぐために、薄い平板形状の角型コンデンサであってよい。コイルユニット２０及びコンデンサ２２は、車両底面に、当該底面に沿って隣接するようにして（すなわち横並びに）設置される。この設置の際に、その最大面積面（平板の板面）が路面に対向するように、コイルユニット２０及びコンデンサ２２を設置することが好適である。   The capacitor 22 may be a thin plate-shaped square capacitor in order to prevent contact with the road surface in the same manner as the core 24. The coil unit 20 and the capacitor 22 are installed on the bottom surface of the vehicle so as to be adjacent to each other along the bottom surface (that is, side by side). In the installation, it is preferable to install the coil unit 20 and the capacitor 22 so that the maximum area surface (a flat plate surface) faces the road surface.

非接触受電ユニット１２は、路面に設置された非接触給電ユニット（図示せず）から電力を受電する。非接触受電ユニット１２及び非接触給電ユニットは、いわゆる共鳴法によって電力送電を行うものであってよい。非接触受電ユニット１２は、コイルユニット２０及びコンデンサ２２によって、ＬＣ共振回路を構成している。共振回路を構成することで、高いＱ値が得られる。Ｑ値は振動の状態を表す無次元のパラメータであり、Ｑ値が高ければ、振動系にエネルギーが長時間保存され、電力の伝送距離が長くなる。このように、非接触受電ユニット１２と、路面に設けられた給電ユニットのＱ値を高くすることで、高効率の（損失の少ない）非接触給電が可能となる。   The non-contact power receiving unit 12 receives power from a non-contact power supply unit (not shown) installed on the road surface. The non-contact power receiving unit 12 and the non-contact power feeding unit may perform power transmission by a so-called resonance method. The non-contact power receiving unit 12 constitutes an LC resonance circuit by the coil unit 20 and the capacitor 22. By configuring a resonance circuit, a high Q value can be obtained. The Q value is a dimensionless parameter that represents the state of vibration. If the Q value is high, energy is stored in the vibration system for a long time, and the transmission distance of power becomes long. Thus, by increasing the Q value of the contactless power receiving unit 12 and the power supply unit provided on the road surface, highly efficient (less loss) contactless power supply is possible.

侵入センサ用アンテナコイル１４は、車両底面に設けられた非接触受電ユニット１２と、路面に設けられた非接触給電ユニットとの間の異物の侵入を検知するためのアンテナである。侵入センサは、いわゆる電波式のものであってよく、侵入センサ用アンテナコイル１４は、例えばダイポールアンテナであってよい。   The intrusion sensor antenna coil 14 is an antenna for detecting the intrusion of foreign matter between the non-contact power receiving unit 12 provided on the bottom surface of the vehicle and the non-contact power feeding unit provided on the road surface. The intrusion sensor may be a so-called radio wave type, and the intrusion sensor antenna coil 14 may be a dipole antenna, for example.

侵入センサ用アンテナコイル１４は、非接触受電ユニット１２の、コンデンサ２２に積層される様にして配置されている。侵入センサ用アンテナコイル１４を、非接触受電ユニット１２のコイルユニット２０に積層させると、コイルユニット２０と侵入センサ用アンテナコイル１４とが近接して相互インダクタンスが発生し、円滑な充電が妨げられるおそれがあるが、本実施形態の様に、コンデンサ２２に侵入センサ用アンテナコイル１４を配置することで、コイルユニット２０に積層させる場合と比較して、コイルユニット２０と侵入センサ用アンテナコイル１４とが離間するので、相互インダクタンスの影響は軽減される。また、コンデンサ２２に侵入センサ用アンテナコイル１４を配置することで、車両底面における、非接触受電ユニットを構成する各ユニットの搭載スペースを縮小できる。   The intrusion sensor antenna coil 14 is disposed so as to be stacked on the capacitor 22 of the non-contact power receiving unit 12. If the intrusion sensor antenna coil 14 is stacked on the coil unit 20 of the non-contact power receiving unit 12, the coil unit 20 and the intrusion sensor antenna coil 14 may be close to each other, generating mutual inductance, and preventing smooth charging. However, as in the present embodiment, by arranging the intrusion sensor antenna coil 14 on the capacitor 22, the coil unit 20 and the intrusion sensor antenna coil 14 can be compared with the case where the coil unit 20 is laminated. Since they are separated, the influence of mutual inductance is reduced. In addition, by disposing the intrusion sensor antenna coil 14 on the capacitor 22, the mounting space of each unit constituting the non-contact power receiving unit on the bottom surface of the vehicle can be reduced.

侵入センサ用アンテナコイル１４は、路面との接触を防ぐために、平板状に形成されていてよい。コンデンサ２２への積層の際に、その最大面積面が路面に対向するように、侵入センサ用アンテナコイル１４を積層することが好適である。また、侵入センサ用アンテナコイル１４は、非接触受電ユニット１２のコンデンサ２２よりも小型であってよい。例えば、侵入センサ用アンテナコイル１４の、路面に対向する平面の面積は、コンデンサ２２の同面積よりも小さく形成されていてよい。   The intrusion sensor antenna coil 14 may be formed in a flat plate shape in order to prevent contact with the road surface. It is preferable that the intrusion sensor antenna coil 14 is laminated so that the surface area of the capacitor 22 is opposite to the road surface. The intrusion sensor antenna coil 14 may be smaller than the capacitor 22 of the non-contact power receiving unit 12. For example, the area of the plane of the intrusion sensor antenna coil 14 facing the road surface may be smaller than the same area of the capacitor 22.

コンデンサ２２上には、侵入センサ用アンテナコイル１４のみでなく、当該アンテナコイル１４からの信号を処理する検波回路や、当該アンテナコイル１４に電波を送信させる発振回路も積層させてよい。この場合、検波回路から出力される信号を送信する信号線や発振回路に電力を送る導線を、例えば、シールドケース１８から車両内部の制御ユニットまで延設させる。検波回路や発振回路をシールドケース１８外に設ける場合は、シールドケース１８内の侵入センサ用アンテナコイル１４と、シールドケース１８外の検波回路や発振回路を繋ぐ信号線を、例えば、シールドケース１８を跨ぐ、または一部貫通するようにして設ける。   On the capacitor 22, not only the intrusion sensor antenna coil 14, but also a detection circuit that processes a signal from the antenna coil 14 and an oscillation circuit that transmits radio waves to the antenna coil 14 may be laminated. In this case, a signal line for transmitting a signal output from the detection circuit and a conductive line for transmitting power to the oscillation circuit are extended from, for example, the shield case 18 to the control unit inside the vehicle. When the detection circuit or the oscillation circuit is provided outside the shield case 18, a signal line connecting the intrusion sensor antenna coil 14 in the shield case 18 and the detection circuit or oscillation circuit outside the shield case 18, for example, the shield case 18 is provided. It is provided to straddle or partially penetrate.

通信ユニット用アンテナコイル１６は、非接触給電ユニットの制御部（図示せず）との通信を行う通信ユニットのアンテナコイルである。通信ユニット用アンテナコイル１６は、例えば、パッチアンテナであってよい。   The communication unit antenna coil 16 is an antenna coil of a communication unit that performs communication with a control unit (not shown) of the non-contact power supply unit. The communication unit antenna coil 16 may be, for example, a patch antenna.

通信ユニット用アンテナコイル１６は、侵入センサ用アンテナコイル１４と同様に、非接触受電ユニット１２の、コンデンサ２２に積層されるようにして配置される。コンデンサ２２に通信ユニット用アンテナコイル１６を配置することで、コイルユニット２０に積層させる場合と比較して、コイルユニット２０と通信ユニット用アンテナコイル１６とが離間するので、相互インダクタンスの影響は軽減される。また、コンデンサ２２上に通信ユニット用アンテナコイル１６を配置することで、車両底面における、非接触受電ユニットを構成する各ユニットの搭載スペースを縮小できる。   Similar to the intrusion sensor antenna coil 14, the communication unit antenna coil 16 is disposed so as to be stacked on the capacitor 22 of the non-contact power receiving unit 12. By arranging the communication unit antenna coil 16 on the capacitor 22, the coil unit 20 and the communication unit antenna coil 16 are separated from each other as compared with the case where the coil unit 20 is laminated. The In addition, by arranging the communication unit antenna coil 16 on the capacitor 22, it is possible to reduce the mounting space of each unit constituting the non-contact power receiving unit on the bottom surface of the vehicle.

通信ユニット用アンテナコイル１６は、路面との接触を防ぐために、平板状に形成されていてよい。コンデンサ２２への積層の際に、その最大面積面が路面に対向するように、通信ユニット用アンテナコイル１６を積層することが好適である。   The communication unit antenna coil 16 may be formed in a flat plate shape in order to prevent contact with the road surface. When stacking on the capacitor 22, it is preferable to stack the communication unit antenna coil 16 so that the maximum area surface faces the road surface.

また、通信ユニット用アンテナコイル１６は、非接触受電ユニット１２のコンデンサ２２よりも小型であってよい。例えば、通信ユニット用アンテナコイル１６の、路面に対向する平面の面積は、コンデンサ２２の同面積よりも小さくなるように形成されていてよい。具体的には、通信ユニット用アンテナコイル１６と侵入センサ用アンテナコイル１４の上記面積が、コンデンサ２２の上記面積以下であることが好適である。   The communication unit antenna coil 16 may be smaller than the capacitor 22 of the non-contact power receiving unit 12. For example, the area of the plane facing the road surface of the communication unit antenna coil 16 may be formed to be smaller than the same area of the capacitor 22. Specifically, the area of the communication unit antenna coil 16 and the intrusion sensor antenna coil 14 is preferably equal to or less than the area of the capacitor 22.

また、通信ユニット用アンテナコイル１６は、車両内部の制御ユニットに信号を伝送する。通信ユニット用アンテナコイル１６と制御ユニットを繋ぐ信号線は、シールドケース１８を跨ぐ、または一部貫通するようにして設けることが好適である。   The communication unit antenna coil 16 transmits a signal to a control unit inside the vehicle. The signal line connecting the communication unit antenna coil 16 and the control unit is preferably provided so as to straddle or partially penetrate the shield case 18.

本実施形態のように、非接触受電ユニット１２、侵入センサ用アンテナコイル１４及び通信ユニット用アンテナコイル１６を１箇所にまとめることで、これらの機器から延設される信号線や導線などをまとめて配索することが可能となる。したがって、これらの機器が分散配置されていた場合と比較して、配索作業が簡便になる。   By combining the non-contact power receiving unit 12, the intrusion sensor antenna coil 14 and the communication unit antenna coil 16 in one place as in the present embodiment, the signal lines and conductors extending from these devices are collected together. It becomes possible to route. Therefore, the wiring work is simplified as compared with the case where these devices are dispersedly arranged.

１０ 車両用非接触充電ユニット、１２ 非接触受電ユニット、１４ 侵入センサ用アンテナコイル、１６ 通信ユニット用アンテナコイル、１８ シールドケース、２０ コイルユニット、２２ コンデンサ、２４ コア、２６ コイル。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Non-contact charging unit for vehicles, 12 Non-contact power receiving unit, 14 Antenna coil for intrusion sensor, 16 Antenna coil for communication unit, 18 Shield case, 20 Coil unit, 22 Capacitor, 24 Core, 26 Coil

Claims (3)

車両底面に当該底面に沿って隣接して設置されたコイル及びコンデンサを有するＬＣ回路を備え、路面に設置された非接触給電ユニットからの電力を受電する、非接触受電ユニットと、
前記コンデンサに積層されるように配置され、前記非接触給電ユニットと非接触受電ユニットとの間の侵入物を検出する侵入センサ用アンテナコイルと、
を備えることを特徴とする、車両用非接触充電ユニット。 A non-contact power receiving unit that includes an LC circuit having a coil and a capacitor installed adjacent to the bottom surface of the vehicle along the bottom surface, and that receives power from the non-contact power supply unit installed on the road surface;
An antenna coil for an intrusion sensor that is arranged to be stacked on the capacitor and detects an intruder between the contactless power feeding unit and the contactless power receiving unit;
A vehicle non-contact charging unit comprising: 請求項１に記載の車両用非接触充電ユニットであって、
前記コンデンサには、前記非接触給電ユニットの制御部との通信を行う通信アンテナコイルが積層されていることを特徴とする、車両用非接触充電ユニット。 The vehicle non-contact charging unit according to claim 1,
A non-contact charging unit for vehicles, wherein a communication antenna coil that performs communication with a control unit of the non-contact power feeding unit is stacked on the capacitor. 請求項１または２に記載の車両用非接触充電ユニットであって、
前記コイルとコンデンサの配列方向に直交する軸周りに、前記コイルが捲回されていることを特徴とする、車両用非接触充電ユニット。 The vehicle non-contact charging unit according to claim 1 or 2,
The non-contact charging unit for a vehicle, wherein the coil is wound around an axis orthogonal to the arrangement direction of the coil and the capacitor.
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