JP2015153863A

JP2015153863A - 受電装置

Info

Publication number: JP2015153863A
Application number: JP2014025633A
Authority: JP
Inventors: 浩章湯浅; Hiroaki Yuasa
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-02-13
Filing date: 2014-02-13
Publication date: 2015-08-24
Anticipated expiration: 2034-02-13
Also published as: JP6217435B2

Abstract

【課題】装置の大型化を抑制する。
【解決手段】受電装置は、第１主表面２４１と、第１主表面の反対側に形成された第２主表面２４２とを含み、第１主表面に凸部２４３が形成され、第２主表面における凸部の反対側の位置に凹部２４４が形成されたフェライトコア２４０と、渦巻形状を有し、第１主表面において凸部の周囲を取り囲むように配置されたコイル２５０と、コイルに電気的に接続されたコンデンサ２２０とを備える。凸部の第１主表面からの高さＨ１は、コイルの巻回軸方向におけるコイル高さＤ１に実質的に一致し、コンデンサは、凹部２４４内に収容されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、送電装置から非接触で電力を受電する受電装置に関する。

下記の特許文献１〜６に開示されるように、送電装置から非接触で電力を受電する受電装置が知られている。一般的に、受電装置および送電装置は、フェライトコアと、フェライトコアの表面に配置された渦巻形状のコイルと、コイルに電気的に接続されたコンデンサとを備え、いわゆるドーナツ型形状の磁界を形成することによって電力を送受することができる。

特開２０１１−２５８８０７号公報特開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

コンデンサの配置に関して、コンデンサとコイルとを横方向（たとえば水平方向）に隣り合う位置に配置した場合、装置全体としての横方向における寸法が大きくなる。一方、コンデンサをフェライトコアの背面側の位置に配置した場合、装置全体としての厚さが厚くなる。本発明は、装置の大型化を抑制することが可能な受電装置を提供することを目的とする。

送電装置に対向した状態で上記送電装置から非接触で電力を受電する受電装置であって、第１主表面と、上記第１主表面の反対側に形成され上記受電装置が上記送電装置に対向した際には上記第１主表面よりも上記送電装置から遠くに位置する第２主表面とを含み、上記第１主表面に凸部が形成され、上記第２主表面における上記凸部の反対側の位置に凹部が形成されたフェライトコアと、渦巻形状を有し、上記第１主表面において上記凸部の周囲を取り囲むように配置されたコイルと、上記コイルに電気的に接続されたコンデンサと、を備え、上記凸部の上記第１主表面からの高さは、上記コイルの巻回軸方向におけるコイル高さに実質的に一致し、上記コンデンサは、上記凹部内に収容されている。

上記の構成によれば、凸部の第１主表面からの高さがコイル高さに実質的に一致しているため、凸部の表面とコイルの表面とは実質的に面一の関係を形成することができる。さらに、コンデンサが凹部内に収容されるため、フェライトコアの配置位置からコンデンサが突出することは抑制される。したがって、受電装置の厚さを、フェライトコアの厚さに近づけることが従来に比して可能となるため、コンデンサを設けることに起因した装置の大型化を抑制できる。

実施の形態における電力伝送システムを示す図である。実施の形態における受電装置を示す平面図である。図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った矢視断面図である。比較例における受電装置を示す平面図である。図４中のＶ−Ｖ線に沿った矢視断面図である。

実施の形態について、以下、図面を参照しながら説明する。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量などに限定されない。同一の部品および相当部品に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。

（電力伝送システム１０００）
図１を参照して、非接触で電力を伝送する電力伝送システム１０００について説明する。電力伝送システム１０００は、電動車両１００および外部給電装置３００を備える。電動車両１００は、車両本体１１０および受電装置２００を含む。車両本体１１０は、車両ＥＣＵ１２０、整流器１３０、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０、バッテリ１５０、パワーコントロールユニット１６０、モータユニット１７０、および通信部１８０などを有する。

受電装置２００は、外部給電装置３００の送電装置４００に対向した状態で送電装置４００から非接触で電力を受電する。具体的には、受電装置２００は、受電部２１０と受電部２１０を収容する図示しない筐体とを備え、この受電部２１０は、コンデンサ２２０と、コイルユニット２３０（フェライトコア２４０および受電コイル２５０）とを含む。受電コイル２５０およびコンデンサ２２０は、直列接続されるが、これらは並列接続されてもよい。受電コイル２５０の巻数は、受電コイル２５０と送電コイル４５０との間の距離、ならびに受電コイル２５０と送電コイル４５０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結合係数κなどが大きくなるように適宜設定される。

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を備える。高周波電力装置３１０は、交流電源３３０および送電装置４００に接続される。送電装置４００は、送電部４１０と送電部４１０を収容する図示しない筐体とを備え、この送電部４１０は、コンデンサ４２０と、コイルユニット４３０（フェライトコア４４０および送電コイル４５０）とを含む。送電コイル４５０およびコンデンサ４２０は、直列接続されるが、これらは並列接続されてもよい。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。

（受電装置２００）
図２は、受電装置２００を示す平面図である。図３は、図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った矢視断面図である。上述のとおり、本実施の形態における受電装置２００は、受電部２１０と、受電部２１０を収容する図示しない筐体とを備える。受電部２１０は、コンデンサ２２０とコイルユニット２３０とを含み、コイルユニット２３０は、フェライトコア２４０と受電コイル２５０（コイル）とを有している。

フェライトコア２４０は、全体としていわゆる蓋状の形状を有し、水平方向に対して略平行となるように配置される。フェライトコア２４０は、第１主表面２４１と、第１主表面２４１の反対側に形成された第２主表面２４２とを含む。第１主表面２４１および第２主表面２４２は、いずれもフェライトコア２４０の表面を構成する部位の一部であって、受電装置２００が送電装置４００に対向した際には、第２主表面２４２は第１主表面２４１よりも送電装置４００から遠くに位置する。

第１主表面２４１には、第１主表面２４１の一部が送電装置４００の側に向かって突出したような形状を有する凸部２４３が形成される。第２主表面２４２には、第２主表面２４２の一部が送電装置４００（第１主表面２４１）の側に向かって凹んだような形状を有する凹部２４４が形成される。凹部２４４は、第２主表面２４２における凸部２４３の反対側に位置する。受電コイル２５０は、渦巻形状を有し、第１主表面２４１において凸部２４３の周囲を取り囲むように配置される。

図３を参照して、凸部２４３の第１主表面２４１からの高さＨ１（突出高さ）は、受電コイル２５０の巻回軸方向におけるコイル高さＤ１に実質的に一致している。「巻回軸方向におけるコイル高さＤ１」とは、第１主表面２４１から、第１主表面２４１上に配置された受電コイル２５０のうちの最も送電装置４００の側に位置する部分までの距離である。巻回軸方向におけるコイル高さＤ１は、たとえば、受電コイル２５０がコイル巻回軸方向において重ならないようないわゆる一重巻き形状を有している場合にはコイル直径に等しく、受電コイル２５０がコイル巻回軸方向において重なるように積層されて巻かれている場合にはコイル直径×巻き数に等しい。

ここでいう「実質的に一致」という思想の技術的範囲には、（０．９×突出高さＨ１）≦コイル高さＤ１≦（１．１×突出高さＨ１）の不等式、および（０．９×コイル高さＤ１）≦突出高さＨ１≦（１．１×コイル高さＤ１）の不等式のうち、少なくともいずれかを満足する関係が成立している場合が含まれる。このような構成を満足するフェライトコア２４０は、ブロック形状を有する複数のフェライトが組み合わされることによって構成されてもよいし、単一のフェライトから構成されてもよい。

コンデンサ２２０は、図示しない配線部材によって受電コイル２５０に電気的に接続され、凹部２４４内に収容される。コンデンサ２２０が凹部２４４内に収容されるという思想の技術的範囲には、凹部２４４の内側に形成された空間内にコンデンサ２２０の全部が位置している場合に限られず、その空間内にコンデンサ２２０の少なくとも一部が位置している場合も含まれる。凹部２４４の第２主表面２４２からの深さ寸法Ｔ１は、コンデンサ２２０の高さ寸法Ｃ１以上であることが好ましい。コンデンサ２２０の外側端面２２０Ｔの位置は、第２主表面２４２と面一か、若しくは、第２主表面２４２よりも第１主表面２４１の側（第１主表面２４１に近い側）に位置していることが好ましい。

（送電装置４００）
図３を参照して、本実施の形態の送電装置４００は、受電装置２００と略同様な構成を有する。具体的には、送電装置４００は、送電部４１０と、送電部４１０を収容する図示しない筐体とを備える。送電部４１０は、コンデンサ４２０とコイルユニット４３０とを含み、コイルユニット４３０は、フェライトコア４４０と送電コイル４５０（コイル）とを有している。

フェライトコア４４０は、全体としていわゆる蓋状の形状を有し、水平方向に対して略平行となるように配置される。フェライトコア４４０は、第１主表面４４１と、第１主表面４４１の反対側に形成された第２主表面４４２とを含む。第１主表面４４１および第２主表面４４２は、いずれもフェライトコア４４０の表面を構成する部位の一部であって、送電装置４００が受電装置２００に対向した際には、第２主表面４４２は第１主表面４４１よりも受電装置２００から遠くに位置する。

第１主表面４４１には、第１主表面４４１の一部が受電装置２００の側に向かって突出したような形状を有する凸部４４３が形成される。第２主表面４４２には、第２主表面４４２の一部が受電装置２００（第１主表面４４１）の側に向かって凹んだような形状を有する凹部４４４が形成される。凹部４４４は、第２主表面４４２における凸部４４３の反対側に位置する。送電コイル４５０は、渦巻形状を有し、第１主表面４４１において凸部４４３の周囲を取り囲むように配置される。

図３を参照して、凸部４４３の第１主表面４４１からの高さＨ２（突出高さ）は、送電コイル４５０の巻回軸方向におけるコイル高さＤ２に実質的に一致している。「巻回軸方向におけるコイル高さＤ２」とは、第１主表面４４１から、第１主表面４４１上に配置された送電コイル４５０のうちの最も受電装置２００の側に位置する部分までの距離である。巻回軸方向におけるコイル高さＤ２は、たとえば、送電コイル４５０がコイル巻回軸方向において重ならないようないわゆる一重巻き形状を有している場合にはコイル直径に等しく、送電コイル４５０がコイル巻回軸方向において重なるように積層されて巻かれている場合にはコイル直径×巻き数に等しい。

ここでいう「実質的に一致」という思想の技術的範囲には、（０．９×突出高さＨ２）≦コイル高さＤ２≦（１．１×突出高さＨ２）の不等式、および（０．９×コイル高さＤ２）≦突出高さＨ２≦（１．１×コイル高さＤ２）の不等式のうち、少なくともいずれかを満足する関係が成立している場合が含まれる。このような構成を満足するフェライトコア４４０は、ブロック形状を有する複数のフェライトが組み合わされることによって構成されてもよいし、単一のフェライトから構成されてもよい。

コンデンサ４２０は、図示しない配線部材によって送電コイル４５０に電気的に接続され、凹部４４４内に収容される。コンデンサ４２０が凹部４４４内に収容されるという思想の技術的範囲には、凹部４４４の内側に形成された空間内にコンデンサ４２０の全部が位置している場合に限られず、その空間内にコンデンサ４２０の少なくとも一部が位置している場合も含まれる。凹部４４４の第２主表面４４２からの深さ寸法Ｔ２は、コンデンサ４２０の高さ寸法Ｃ２以上であることが好ましい。コンデンサ４２０の外側端面４２０Ｔの位置は、第２主表面４４２と面一か、若しくは、第２主表面４４２よりも第１主表面４４１の側（第１主表面４４１に近い側）に位置していることが好ましい。

（作用および効果）
凸部２４３の第１主表面２４１からの突出高さＨ１がコイル高さＤ１に実質的に一致しているため、凸部２４３の突出方向における先端部の表面と受電コイル２５０の表面とは実質的に面一の関係を形成することができる。さらに、コンデンサ２２０が凹部２４４内に収容されるため、フェライトコア２４０の配置位置（第２主表面２４２）からコンデンサ２２０が突出することは抑制される。

したがって、受電装置２００の厚さを、フェライトコア２４０の厚さに近づけることが従来に比して可能となり、コンデンサ２２０を設けることに起因した装置の大型化を抑制できる。なお、ここでいうフェライトコア２４０の厚さとは、第２主表面２４２から凸部２４３の突出方向における先端部までの寸法であり、図３中の寸法Ａ１で示される値である。寸法Ａ１（フェライトコア２４０の厚さ）は、第２主表面２４２から第１主表面２４１までの寸法Ａ２に、受電コイル２５０のコイル高さＤ１を足した値と略同一にすることも可能である。

さらに、非接触で電力が伝送されている際、磁束は、フェライトコア２４０のうちの凸部２４３およびその外側に位置する部分を中心として形成される。凹部２４４内に配置されたコンデンサ２２０に磁束の影響が及ぶことは抑制されており、誘導加熱によってコンデンサ２２０が適切に動作しなくなることも効果的に抑制されている。以上のような作用および効果については、送電装置４００についても同様に得られるものである。

［比較例］
図４および図５に示すように、比較例における受電装置２００Ａおよび送電装置４００Ａでは、平板状の形状を有するフェライトコア２４０，４４０が採用される。コンデンサ２２０，４２０は、コイルユニット２３０，４３０に水平方向に隣り合うように配置されている。当該構成を採用した場合、水平方向における装置全体としての寸法を小さくすることは、コンデンサ２２０，４２０の存在により実施の形態の場合に比べて難しい。さらに、非接触で電力が伝送されている際、磁束は、フェライトコア２４０，４４０の外側に配置されたコンデンサ２２０，４２０にも及びやすく、別途対策が必要となる。

以上の実施の形態は、受電装置が電動車両に搭載されるという例に基づいて説明したが、上記の実施の形態の内容は電動車両以外に適用されることも可能である。以上、本発明に基づいた実施の形態について説明したが、上記の開示内容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、１２０車両ＥＣＵ、１３０整流器、１４０コンバータ、１５０バッテリ、１６０パワーコントロールユニット、１７０モータユニット、１８０，３２２通信部、２００，２００Ａ受電装置、２１０受電部、２２０，４２０コンデンサ、２２０Ｔ，４２０Ｔ外側端面、２３０，４３０コイルユニット、２４０，４４０フェライトコア、２４１，４４１第１主表面、２４２，４４２第２主表面、２４３，４４３凸部、２４４，４４４凹部、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、４００，４００Ａ送電装置、４１０送電部、４５０送電コイル、１０００電力伝送システム、Ａ１，Ａ２寸法、Ｃ１，Ｃ２高さ寸法、Ｄ１，Ｄ２コイル高さ、Ｈ１，Ｈ２突出高さ、Ｔ１，Ｔ２深さ寸法。

Claims

送電装置に対向した状態で前記送電装置から非接触で電力を受電する受電装置であって、
第１主表面と、前記第１主表面の反対側に形成され前記受電装置が前記送電装置に対向した際には前記第１主表面よりも前記送電装置から遠くに位置する第２主表面とを含み、前記第１主表面に凸部が形成され、前記第２主表面における前記凸部の反対側の位置に凹部が形成されたフェライトコアと、
渦巻形状を有し、前記第１主表面において前記凸部の周囲を取り囲むように配置されたコイルと、
前記コイルに電気的に接続されたコンデンサと、を備え、
前記凸部の前記第１主表面からの高さは、前記コイルの巻回軸方向におけるコイル高さに実質的に一致し、
前記コンデンサは、前記凹部内に収容されている、
受電装置。