JP2016018802A - コイルユニット - Google Patents

Abstract

【課題】電力伝送時の電磁界による配線およびセラミックコンデンサの温度上昇を抑制し、さらに、共振用コンデンサの損傷も抑制することが可能な構成を備えるコイルユニットを提供する。
【解決手段】非接触の電力伝送システムに用いられる受電コイルユニット２００であって、受電コイル２５０と、配線によって接続された複数のセラミックコンデンサを含む共振用コンデンサ２２０と、コイル２５０を収容する第１収容部２２０ａと、共振用コンデンサ２２０を収容する第２収容部２２０ｂとを収容する筐体とを備える。筐体は、設置側と外面側とを有し、第１収容部２２０ａと第２収容部２２０ｂとの間には、外面側から設置側に向かう電磁界シールド部材２８０が設けられ、電磁界シールド部材２８０は、さらに、第２収容部２２０ｂに収容される共振用コンデンサ２２０を外面側から覆うように延在している。
【選択図】図２

Description

本発明は、非接触充電システムを用いた電力伝送システムにおいて、非接触で電力を受電装置に送電する送電装置に用いられるコイルユニット、および、非接触で電力を送電装置から受電する受電装置に用いられるコイルユニットに関する。

特許文献１〜５に開示されているように、非接触で電力を送受電する送電装置および受電装置を用いる非接触充電システムが知られている。特許文献６および７には、コイルと共振用コンデンサとが同一の筐体に収容される構成が開示されている。

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２０１４−０１１９３９号公報 特開２０１４−０３９３６９号公報

共振用コンデンサとしては、配線によって接続された複数のセラミックコンデンサが基板上にアレイ状に配置される構成が考えられる。しかし、電力伝送時の電磁界によって、セラミックコンデンサを接続する配線に渦電流が生じ、配線およびセラミックコンデンサが高温になることが懸念される。また、コイルユニットは、車両の底面、駐車設備の床面上に配置されることから、外力により共振用コンデンサの損傷も懸念される。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、電力伝送時の電磁界による配線およびセラミックコンデンサの温度上昇を抑制し、さらに、共振用コンデンサの損傷も抑制することが可能な構成を備えるコイルユニットを提供することを目的とする。

このコイルユニットにおいては、非接触の電力伝送システムに用いられるコイルユニットであって、コイルと、配線によって接続された複数のセラミックコンデンサを含む共振用コンデンサと、上記コイルを収容する第１収容部と、上記共振用コンデンサを収容する第２収容部とを収容する筐体と、を備え、上記筐体は、設置側と外面側とを有し、上記第１収容部と上記第２収容部との間には、外面側から設置側に向かう電磁界シールド部材が設けられ、上記電磁界シールド部材は、さらに、上記第２収容部に収容される上記共振用コンデンサを外面側から覆うように延在している。

この構成により、第１収容部と第２収容部との間には、両収容部を隔てるように電磁界シールド部材が設けられている。これにより、共振用コンデンサへの電磁界の到達が抑制されることから、共振用コンデンサに用いられる配線の温度上昇、セラミックコンデンサの温度上昇を抑制することが可能となる。

さらに、電磁界シールド部材は、共振用コンデンサを外面側から覆うように延在している。これにより、たとえば障害物が筐体に当接した場合であっても、共振用コンデンサの保護機能を高め、共振用コンデンサの損傷も抑制することを可能とする。

このコイルユニットによれば、電力伝送時の電磁界による配線およびセラミックコンデンサの温度上昇を抑制し、さらに、共振用コンデンサの損傷も抑制することが可能なコイルユニットの提供を可能とする。

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コイルユニットおよび送電コイルユニットの概略構成を示す断面図である。 コイルユニットに採用される共振用コンデンサの構成を示す図である。

本発明に基づいた一例におけ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。以下に説明する実施の形態において、個数、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、量などに限定されない。同一の部品、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。実施の形態における構成を適宜組み合わせて用いることは当初から予定されていることである。図においては、実際の寸法比率では記載しておらず、構造の理解を容易にするために、一部比率を異ならせて記載している。以下の説明において車両の前進および後進方向を前後方向と称し、図中では矢印Ｆで示す。

図１を参照して、実施の形態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および受電コイルユニット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。受電コイルユニット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は送電コイルユニット４００を含み、送電コイルユニット４００は送電コイル４５０を有している。受電コイルユニット２００の受電コイル２５０が送電コイルユニット４００の送電コイル４５０に対向した状態で、受電コイルユニット２００は送電コイルユニット４００から電力を非接触で受電する。受電コイルユニット２００は、受電部２１０と、受電部２１０に接続された共振用コンデンサ２２０と、後述のシールドとを有する。受電部２１０は、ソレノイド型のフェライトコア２６０と受電コイル２５０とを有する。

なお、図示では、受電コイル２５０としてフェライトコア２６０に巻回されるタイプのコイルを示しているが、フェライトコア２６０の送電コイルユニット４００側に配置される渦巻き型のコイルであってもよい。

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の浮遊容量および共振用コンデンサ２２０の電気容量とによって、電気回路が形成される。共振用コンデンサ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、送電コイルユニット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。送電コイルユニット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。

送電コイルユニット４００は、送電部４１０と、送電部４１０に接続された共振用コンデンサ４２０と、後述のシールドとを有する。送電部４１０は、ソレノイド型のフェライトコア４４０と送電コイル４５０とを有する。

なお、図示では、送電コイル４５０としてフェライトコア４６０に巻回されるタイプのコイルを示しているが、フェライトコア４６０の受電コイルユニット２００側に配置される渦巻き型のコイルであってもよい。

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の浮遊容量および共振用コンデンサ４２０の電気容量とによって、電気回路が形成される。共振用コンデンサ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。

このように送電コイルユニット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）と共振用コンデンサ（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。

（受電コイルユニット２００および送電コイルユニット４００の構造）
図２を参照して、受電コイルユニット２００および送電コイルユニット４００の構造について説明する。図２は、実施の形態における受電コイルユニット２００および送電コイルユニット４００の概略構成を示す断面図である。

（受電コイルユニット２００）
受電コイルユニット２００は筐体２３０有し、筐体２３０内に、受電部２１０および共振用コンデンサ２２０が収容されている。筐体２３０は、設置側である車両本体１１０と送電コイルユニット４００側である外面側と有する略偏平形状を有している。筐体２３０は、受電コイル２５０およびフェライトコア２６０を含む受電部２１０を収容する第１収容部２２０ａと、共振用コンデンサ２２０を収容する第２収容部２２０ｂとを有する。

本実施の形態では、共振用コンデンサ２２０は、車両の進行方向Ｆに対して交差する幅方向に沿って、受電部２１０を両側から挟み込むように２つに分けて配置されている。よって、第２収容部２２０ｂも、第１収容部２２０ａを両側から挟み込むように２つに分けて配置されている。

筐体２３０の設置側には、電磁界シールド部材（たとえば、銅、アルミ等）を用いた底部２７０が設けられている。第１収容部２２０ａと第２収容部２２０ｂとの間には、両収容部を隔てるように電磁界シールド部材２８０が設けられている。第２収容部２２０ｂにおいて、この電磁界シールド部材２８０は、外面側から設置側に向かう隔壁部２８０ａに加え、第２収容部２２０ｂに収容される共振用コンデンサ２２０を外面側から覆うように延在する外面部２８０ｂと、共振用コンデンサ２２０を側面部から覆う側面部２８０ｃとをさらに備えている。電磁界シールド部材２８０には、電磁界をシールドする部材として、たとえば、アルミ等が用いられる。なお、隔壁部２８０ａおよび側面部２８０ｃは、底部２７０に到達する構成としているが、底部２７０との間に隙間があってもよい。

第１収容部２２０ａにおいては、受電部２１０の送電コイルユニット４００に対向する領域は、電磁界を通過させる必要があることから樹脂製のカバー部２９０が配置されている。

（送電コイルユニット４００）
送電コイルユニット４００は筐体４３０有し、筐体４３０内に、送電部４１０および共振用コンデンサ４２０が収容されている。筐体４３０は、設置側である駐車場側と受電コイルユニット２００側である外面側と有する略偏平形状を有している。筐体４３０は、送電コイル４５０およびフェライトコア４６０を含む送電部４１０を収容する第１収容部４２０ａと、共振用コンデンサ４２０を収容する第２収容部４２０ｂとを有する。

本実施の形態では、共振用コンデンサ４２０は、車両の進行方向Ｆに対して交差する幅方向に沿って、送電部４１０を両側から挟み込むように２つに分けて配置されている。よって、第２収容部４２０ｂも、第１収容部４２０ａを両側から挟み込むように２つに分けて配置されている。

筐体４３０の設置側には、好ましくは電磁界シールド部材（たとえば、銅、アルミ等）を用いた底部４７０が設けられている。第１収容部４２０ａと第２収容部４２０ｂとの間には、両収容部を隔てるように電磁界シールド部材４８０が設けられている。第２収容部４２０ｂにおいて、この電磁界シールド部材４８０は、外面側から設置側に向かう隔壁部４８０ａに加え、第２収容部４２０ｂに収容される共振用コンデンサ４２０を外面側から覆うように延在する外面部４８０ｂと、共振用コンデンサ４２０を側面部から覆う側面部４８０ｃとをさらに備えている。電磁界シールド部材４８０には、電磁界をシールドする部材として、たとえば、アルミ等が用いられる。なお、隔壁部４８０ａおよび側面部４８０ｃは、底部４７０に到達する構成としているが、底部４７０との間に隙間があってもよい。

第１収容部４２０ａにおいては、送電部４１０の受電コイルユニット２００に対向する領域は、電磁界を通過させる必要があることから樹脂製のカバー部４９０が配置されている。

上記構成において、送電コイルユニット４００と受電コイルユニット２００との間には磁路Ｍが形成され、電磁誘導により送電コイルユニット４００から受電コイルユニット２００に非接触で電力が送電される。

図３を参照して、受電コイルユニット２００に用いられる共振用コンデンサ２２０の構成について説明する。なお、送電コイルユニット４００に用いられる共振用コンデンサ４２０の構成は、共振用コンデンサ２２０と同じであることから、ここでは、共振用コンデンサ２２０の構成についてのみ説明する。

この共振用コンデンサ２２０は、配線基板２２１を有し、この配線基板２２１上に、パターン配線Ｐ１，Ｐ２が形成されている。パターン配線Ｐ１，Ｐ２は、金属材料で形成され、本実施の形態では、銅箔のパターン配線が形成されている。

パターン配線Ｐ１，Ｐ２上には、複数の微小のセラミックコンデンサＣ１がアレイ状に配置されている。本実施の形態では、複数の微小のセラミックコンデンサＣ１は、パターン配線Ｐ１により直列接続され、同様にパターン配線Ｐ２においても直列接続されている。パターン配線Ｐ１の接続された複数のセラミックコンデンサＣ１、および、パターン配線Ｐ２の接続された複数のセラミックコンデンサＣ２により、共振回路の共振用コンデンサが構成されている。なお、パターン配線の数量は、共振回路の容量に応じて適宜設定される。

以上、本実施の形態の構成によれば、受電コイルユニット２００において、第１収容部２２０ａと第２収容部２２０ｂとの間には、両収容部を隔てるように電磁界シールド部材２８０として隔壁部２８０ａが設けられている。これにより、共振用コンデンサ２２０への電磁界の到達が抑制されることから、共振用コンデンサ２２０に用いられる配線の温度上昇、セラミックコンデンサＣ１の温度上昇を抑制することが可能となる。

さらに、電磁界シールド部材２８０は、共振用コンデンサ２２０を外面側から覆うように延在する外面部２８０ｂと、共振用コンデンサ２２０を側面部から覆う側面部２８０ｃとを備えている。これにより、たとえば障害物が筐体２３０に当接した場合であっても、外面部２８０ｂおよび側面部２８０ｃは、電磁界シールド機能を有する比較的剛性の高い材料で形成されていることから、共振用コンデンサ２２０の保護機能を高め、共振用コンデンサの損傷も抑制することを可能とする。

同様に、送電コイルユニット４００においても、第１収容部４２０ａと第２収容部４２０ｂとの間には、両収容部を隔てるように電磁界シールド部材４８０として隔壁部４８０ａが設けられている。これにより、共振用コンデンサ４２０への電磁界の到達が抑制されることから、共振用コンデンサ４２０に用いられる配線の温度上昇、セラミックコンデンサＣ１の温度上昇を抑制することが可能となる。

さらに、電磁界シールド部材４８０は、共振用コンデンサ４２０を外面側から覆うように延在する外面部４８０ｂと、共振用コンデンサ４２０を側面部から覆う側面部４８０ｃとを備えている。これにより、たとえば障害物が筐体４３０に当接した場合であっても、外面部４８０ｂおよび側面部４８０ｃは、電磁界シールド機能を有する比較的剛性の高い材料で形成されていることから、共振用コンデンサ４２０の保護機能を高め、共振用コンデンサの損傷も抑制することを可能とする。

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、１２０ 車両ＥＣＵ、１３０ 整流器、１４０ ＤＣ／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 受電コイルユニット、２１０ 受電部、２２０，４２０ 共振用コンデンサ、２２０ａ，４２０ａ 第１収容部、２２０ｂ，４２０ｂ 第２収容部、２２１ 配線基板、２３０，４３０ 筐体、２５０、４５０ 受電コイル、２６０，４６０ フェライトコア、２７０，４７０ 底部、２８０，４８０ 電磁界シールド部材、２８０ａ，４８０ａ 隔壁部、２８０ｂ，４８０ｂ 外面部、２８０ｃ，４８０ｃ 側面部、２９０，４９０ カバー部、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 送電コイルユニット、４５０ 送電コイル、１０００ 電力伝送システム、Ｃ１ セラミックコンデンサ、Ｐ１，Ｐ２ パターン配線。

Claims (1)

1. 非接触の電力伝送システムに用いられるコイルユニットであって、
   コイルと、
   配線によって接続された複数のセラミックコンデンサを含む共振用コンデンサと、
   前記コイルを収容する第１収容部と、前記共振用コンデンサを収容する第２収容部とを収容する筐体と、を備え、
   前記筐体は、設置側と外面側とを有し、
   前記第１収容部と前記第２収容部との間には、外面側から設置側に向かう電磁界シールド部材が設けられ、
   前記電磁界シールド部材は、さらに、前記第２収容部に収容される前記共振用コンデンサを外面側から覆うように延在している、コイルユニット。

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