JP2016115789A - コイルユニット - Google Patents

Abstract

【課題】コイルと共に筐体の内部に配置される電力機器を良好に保護すると共に自然冷却により当該電力機器を良好に冷却することができるコイルユニットを提供する。【解決手段】コイルユニットとしての非接触式送電装置２０の筐体３０は、第１収容部３０ａと、隔壁部３０１により第１収容部３０ａと仕切られた第２収容部３０ｂとを有する。筐体３０には、第１収容部３０ａを覆うように樹脂製の第１蓋体３１が取り付けられると共に、第２収容部３０ｂを覆うように金属製の第２蓋体３２が取り付けられる。第２蓋体３２は、天板部３２１と、隔壁部３０１と対向するように天板部３２１から延出された壁部３２２と、天板部３２１及び壁部３２２に沿って配設される複数の放熱フィン３２３とを有する。送電コイルは、第１収容部３０ａに収容され、コイルに電気的に接続される電力機器は、第２蓋体３２と当接するように第２収容部３０ｂに収容される。【選択図】図２

Description

本発明は、電力を送電または受電するコイルと、当該コイルに電気的に接続される電力機器とを含むコイルユニットに関する。

従来、コイルユニットとして、電気自動車やハイブリッド自動車といった車両のバッテリの充電に用いられる磁気共鳴方式のワイヤレス電力伝送システムを構成する受電側アンテナ（受電装置）として用いられるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このコイルユニットは、底板部と当該底板部から延在する側板部とを有するケース体と、ケース体に載置されるコイル体と、コイル体の上方に配されると共に中抜き部を有する平板状の磁性シールド体と、ケース体の上方を覆う金属体とを有する。また、ケース体の側板部には、互いに接触しないように複数の放熱部材が配設されている。

特開２０１２−１７８５２９号公報

ここで、上述のようなコイルユニットの筐体の内部に、コイルに電気的に接続される例えばインバータや整流器といった電力機器を当該コイルと共に収容することが考えられる。このように、コイルと共に電力機器をコイルユニットの筐体の内部に収容する場合、電力機器を様々な外力等から保護することができるように筐体等を構成する必要がある。また、当該電力機器の発熱量はコイルに比べて多く、ケースの側板部に放熱部材を設けただけでは、電力機器を良好に冷却し得なくなるおそれがある。

そこで、本発明は、コイルと共に筐体の内部に配置される電力機器を良好に保護すると共に自然冷却により当該電力機器を良好に冷却することができるコイルユニットの提供を主目的とする。

本発明によるコイルユニットは、電力を送電または受電するコイルと、前記コイルに電気的に接続される電力機器とを含むコイルユニットにおいて、底部と、前記底部の反対側で開口する第１収容部と、前記底部から延出された隔壁部により前記第１収容部と仕切られると共に前記底部の反対側および前記隔壁部に関して前記第１収容部とは反対側で開口した第２収容部とを有する筐体と、前記第１収容部を覆うように前記筐体に取り付けられる樹脂製の第１蓋体と、前記第２収容部を覆うように前記筐体に取り付けられる金属製の第２蓋体とを備え、前記第２蓋体は、前記底部の前記第２収容部を画成する部分と対向する天板部と、前記隔壁部と対向するように前記天板部から延出された壁部と、前記天板部および前記壁部に沿って配設される複数の放熱フィンとを有し、前記コイルは、前記第１収容部に収容され、前記電力機器は、前記第２蓋体と当接するように前記第２収容部に収容されることを特徴とする。

このコイルユニットは、電力を送電または受電するコイルと、当該コイルに電気的に接続される電力機器と、コイルおよび電力機器を収容する筐体とを含む。筐体は、底部と、当該底部の反対側で開口する第１収容部と、底部から延出された隔壁部により第１収容部と仕切られると共に底部の反対側および隔壁部に関して第１収容部とは反対側で開口した第２収容部とを有する。また、筐体には、第１収容部を覆うように樹脂製の第１蓋体が取り付けられると共に、第２収容部を覆うように金属製の第２蓋体が取り付けられる。更に、第２蓋体は、底部の第２収容部を画成する部分と対向する天板部と、隔壁部と対向するように天板部から延出された壁部と、天板部および壁部に沿って配設される複数の放熱フィンとを有する。そして、コイルは、第１収容部に収容され、電力機器は、第２蓋体と当接するように第２収容部に収容される。

このように、電力機器を収容する第２収容部を金属製の第２蓋体により覆うことで、当該電力機器を外力から良好に保護すると共に、電力機器で発生するノイズが筐体の外部に漏洩するのを良好に抑制することが可能となる。また、第２蓋体には、天板部と、筐体の隔壁部と対向するように天板部から延出された壁部との双方に沿って延びるように複数の放熱フィンが配設され、電力機器は、第２蓋体と当接するように第２収容部に収容される。従って、このコイルユニットでは、第２蓋体と電力機器との接触面積および放熱面積を充分に確保し、強制冷却を行うことなく、第２収容部内の電力機器を良好に冷却することができる。この結果、コイルと共に筐体の内部に配置される電力機器を良好に保護すると共に自然冷却により当該電力機器を良好に冷却することが可能となる。更に、このコイルユニットでは、第２収容部が隔壁部に関して第１収容部とは反対側で開口していることから、隔壁部に対して、コイルと電力機器とを電気的に接続するケーブル等が挿通される孔部を容易に形成することができる。

また、筐体は、上記隔壁部から第１収容部とは反対側に向けて延びる一対の側壁部を有してもよく、第２蓋体は、上記壁部から天板部の遊端に向けて延びる一対の側壁部を有してもよく、筐体の一対の側壁部の端面は、隔壁部から第１収容部とは反対側に向かうにつれて筐体の底部に近接するように傾斜してもよく、第２蓋体の一対の側壁部の端面は、壁部から天板部の遊端に向かうにつれて天板部に近接するように傾斜してもよい。更に、筐体の底部、筐体の一対の側壁部の端面、および隔壁部の端面と、第２蓋体の壁部の端面、第２蓋体の一対の側壁部の端面および第２蓋体の天板部との間には、シール部材が配置されてもよい。

本発明によるコイルユニットとしての非接触式送電装置を含む給電システムの概略構成図である。 図１に示す非接触式送電装置の分解斜視図である。 図１および図２に示す非接触式送電装置の要部拡大部分断面図である。

次に、図面を参照しながら本発明を実施するための形態について説明する。

図１は、本発明によるコイルユニットとしての非接触式送電装置２０を含む給電システム１の概略構成図である。同図に示す給電システム１は、駐車場等の車両の停車スペースに設置される非接触式送電装置（以下、単に「送電装置」という）２０に加えて、電動機ＭＧやバッテリ２００を搭載したハイブリッド自動車あるいは電気自動車である車両１００に搭載される非接触式受電装置（以下、単に「受電装置」という）１０を含むものである。

受電装置１０は、フェライトコア上に配置された渦巻き状あるいは螺旋状（巻回型）の受電コイル１１や、受電コイル１１に直列に接続されて当該受電コイル１１と共に共振回路を構成するコンデンサ１２、これらを収容する例えば樹脂製のケース１５等を有する。受電装置１０は、受電コイル１１の巻回軸（軸心）が車両１００の上下方向に延在するように当該車両１００のフロアパネルに取り付けられ、図示しないフィルタ、整流器、リレー等を介してバッテリ２００に接続される。

送電装置２０は、フェライトコア上に配置された渦巻き状あるいは螺旋状（巻回型）の送電コイル２１や、送電コイル２１に直列に接続されて当該送電コイル２１と共に共振回路を構成するコンデンサ２２、所定周波数の交流電力（高周波電力）を送電コイルに供給するための複数の電力機器２３、通信ユニット２４、電子制御装置（制御回路）２５、これらを収容する筐体３０等を有する。電力機器２３は、家庭用電源といった外部電源としての交流電源４０からの電力を直流電力に変換する整流器や、整流器からの電力を交流電力（高周波電力）に変換するインバータ、高周波ノイズを除去するフィルタ等を含む。電子制御装置２５は、通信ユニット２４を介して車両１００の図示しない電子制御装置と情報をやり取りしながら、整流器やインバータ等を制御する。

図２は、送電装置２０を示す分解斜視図であり、図３は、送電装置２０を示す要部拡大部分断面図である。これらの同図に示すように、送電装置２０は、筐体３０に加えて、第１蓋体３１、第２蓋体３２、それぞれ無端状に形成された第１シール部材３３および第２シール部材３４を含む。

筐体３０は、例えばアルミニウム合金等の金属により形成されており、略長方形状の底部３００や、それぞれ底部３００の表面（図中上面）から本実施形態では当該底部３００と垂直に延出された隔壁部３０１、一対の第１側壁部３０２および壁部３０３を有する。隔壁部３０１は、底部３００の一対の側縁部に沿った一方向における中央部よりも一端側（図２および図３における左端側）で、当該一対の側縁部の一方から他方まで延在する。また、一対の第１側壁部３０２は、それぞれ隔壁部３０１の端部から底部３００の他端側（図２および図３における右端側）に向けて当該底部３００の側縁部に沿って延在する。更に、壁部３０３は、一対の第１側壁部３０２の端部間で隔壁部３０１と対向するように延在する。これにより、筐体３０には、底部３００、隔壁部３０１、一対の第１側壁部３０２および壁部３０３により、底部３００とは反対側すなわち図２中上方（電力の送電方向）に向けて開口する第１収容部３０ａが画成される。

更に、筐体３０は、それぞれ隔壁部３０１の端部から底部３００の側縁部に沿って壁部３０３とは反対側、すなわち上記一端側（図２および図３における左端側）に向けて延びる一対の第２側壁部３０４を有する。各第２側壁部３０４の外表面は、隣り合う第１側壁部の外表面と面一に形成される。また、図２に示すように、各第２側壁部３０４の端面（図２における上端面）は、隔壁部３０１から壁部３０３とは反対側すなわち底部３００の上記一端側に向かうにつれて当該底部３００に近接するように傾斜する平坦面として形成されている。これにより、筐体３０には、隔壁部３０１および一対の第２側壁部３０４により、底部３００とは反対側すなわち図２中上方に向けて開口すると共に、隔壁部３０１に関して壁部３０３および第１収容部３０ａとは反対側で開口する第２収容部３０ｂが画成される。図示するように、第２収容部３０ｂは、隔壁部３０１により第１収容部３０ａと仕切られる。

第１蓋体３１は、例えば樹脂（非磁性材料）により平板状に形成されており、筐体３０の隔壁部３０１、第１収容部３０ａの開口部の輪郭よりも一回り大きい輪郭の平面形状（本実施形態では、略長方形状の平面形状）を有する。第１蓋体３１は、隔壁部３０１、一対の第１側壁部３０２および壁部３０３の端面（図２における上端面）と当接して第１収容部３０ａを覆うように、図示しない複数のボルト等により筐体３０に固定される。また、隔壁部３０１、一対の第１側壁部３０２および壁部３０３の端面には、図示しない一連のシール溝が形成されており、当該シール溝と第１蓋体３１との間には、第１シール部材３３が配置される。

第２蓋体３２は、例えばアルミニウム合金等の高い熱伝導性を有する金属（非磁性導電材料）により形成されており、天板部３２１、壁部３２２、複数の放熱フィン３２３および一対の側壁部３２４を有する。天板部３２１は、略長方形状かつ平板状に形成されている。また、壁部３２２は、天板部３２１の長手方向に沿った一端部から本実施形態では当該天板部３２１に対して垂直をなすように延出されており、筐体３０の隔壁部３０１よりも若干低い高さを有する。更に、複数の放熱フィン３２３は、それぞれ天板部３２１および壁部３２２の外表面に沿って延在すると共に、互いに接触しないように天板部３２１および壁部３２２の長手方向に間隔をおいて配設される。なお、複数の放熱フィン３２３は、天板部３２１、壁部３２２および一対の側壁部３２４と一体に成形されてもよく、これらとは別体のものが天板部３２１および壁部３２２に接合されてもよい。

各側壁部３２４は、壁部３２２から天板部３２１の遊端（図３における右端）に向けて延びると共に、天板部３２１の側縁部および壁部３２２の側縁部に連続するように形成されている。また、図２および図３に示すように、各側壁部３２４の端面（図２および図３における下端面）は、壁部３２２から天板部３２１の遊端に向かうにつれて当該天板部３２１に近接するように筐体３０の第２側壁部３０４の端面と同一の傾斜角度で傾斜する平坦面として形成されている。

第２蓋体３２は、隔壁部３０１、一対の第２側壁部３０４、および隔壁部３０１と平行に延在するように底部３００の上記一端部に形成された低背な突出部３００ｐの端面（図２における上端面）と当接して第２収容部３０ｂを覆うように、図示しない複数のボルト等により筐体３０に固定される。これにより、天板部３２１は、底部３００の第２収容部３０ｂを画成する部分と対向し、壁部３２２は、筐体３０の隔壁部３０１と対向する。また、隔壁部３０１、一対の第２側壁部３０４および突出部３００ｐの端面には、図示しない一連のシール溝が形成されており、当該シール溝と、第２蓋体３２の天板部３２１の内表面、第２蓋体３２の一対の側壁部３２４の端面および第２蓋体３２の壁部３２２の端面との間には、第２シール部材３４が配置される。このように、筐体３０の一対の第２側壁部３０４の端面と、これらに当接する第２蓋体３２の一対の側壁部３２４の端面とを同一角度で傾斜させることにより、第２シール部材３４を中途で屈曲させる必要がなくなるので（図２参照）、筐体３０と第２蓋体３２との間におけるシール性能を極めて良好に確保することが可能となる。

そして、送電装置２０では、送電コイル２１やコンデンサ２２、通信ユニット２４、電子制御装置２５等が筐体３０の第１収容部３０ａ内に収容される。送電コイル２１は、受電装置１０の受電コイル１１と対向可能となるように、その巻回軸（軸心）が筐体３０の高さ方向、すなわち車両１００の上下方向に延在するように第１収容部３０ａ内に配置される。また、整流器、インバータ、フィルタといった電力機器２３は、筐体３０の第２収容部３０ｂ内に収容される。更に、第１収容部３０ａ内の送電コイル２１やコンデンサ２２と、第２収容部３０ｂ内の電力機器２３とは、隔壁部３０１に形成された孔部３０１ｈに挿通されるケーブル（ワイヤーハーネス）２７を介して電気的に接続される。上述のように、送電装置２０では、筐体３０の第２収容部３０ｂが隔壁部３０１に関して第１収容部３０ａとは反対側で開口している。従って、筐体３０では、隔壁部３０１が形成された後であっても、当該隔壁部３０１に対して、ケーブル２７が挿通される孔部３０１ｈを容易に形成することができる。

また、整流器やインバータ、フィルタといった電力機器２３は、図３に示すように、第２蓋体３２、すなわち天板部３２１および壁部３２２（少なくとも何れか一方）の内表面と当接するように第２収容部３０ｂに収容される。これにより、電力機器２３の熱は、天板部３２１や壁部３２２、更には底部３００を介して第２蓋体３２の複数の放熱フィン３２３に伝達される。なお、筐体３０の底部３００には、図３に示すように、電力機器２３を天板部３２１および壁部３２２（少なくとも何れか一方）と当接可能とするための台座部３００ｓが形成されてもよい。また、筐体３０の底部３００には、電力機器２３を天板部３２１および壁部３２２（少なくとも何れか一方）と当接可能とするためのスペーサが配置されてもよい。

上述のように構成される送電装置２０は、電力機器２３を収容する筐体３０の第２収容部３０ｂ（第２蓋体３２）が例えば駐車場等の停車スペースに対する車両１００の進入方向における前側（後向き駐車時における後部側）に位置するように当該停車スペースに設置される。かかる送電装置２０から車両１００の受電装置１０に電力を供給するに際しては、受電装置１０の受電コイル１１と送電装置２０の送電コイル２１とが互いに対向する状態で電力機器２３から送電コイルに電力を供給する。これにより、受電装置１０の受電コイル１１には、筐体３０の樹脂製の第１蓋体３１を介して、送電コイル２１から電磁誘導（磁気共鳴）により非接触で電力が供給される。この結果、受電装置１０から整流器等を介してバッテリ２００に電力を供給し、当該電力によりバッテリ２００を充電することが可能となる。

また、送電装置２０から受電装置１０への送電に際し、筐体３０の第２収容部３０ｂに収容された整流器やインバータ、フィルタといった電力機器２３は熱を発生するが、電力機器２３の熱は、上述のように天板部３２１や壁部３２２等を介して金属製の第２蓋体３２に伝達され、当該第２蓋体３２の複数の放熱フィン３２３を介して外部（空気中）に放出される。従って、送電装置２０では、第２蓋体３２と電力機器２３との接触面積および放熱面積すなわち複数の放熱フィン３２３の総表面積を充分に確保し、ファン等を用いた強制冷却を行うことなく、第２収容部３０ｂ内の電力機器２３を良好に冷却することができる。更に、電力機器２３を収容する第２収容部３０ｂを金属製の第２蓋体３２により覆うことで、例えば車両１００の車輪が送電装置２０に乗り上げることにより加えられる荷重といったような外力から電力機器２３を良好に保護すると共に、電力機器２３で発生するノイズ（高周波ノイズ）が筐体３０の外部に漏洩するのを良好に抑制することが可能となる。また、アルミニウム合金製の第２蓋体３２により送電コイル２１からの磁束を遮蔽し、当該磁束による渦電流が流れることで電力機器２３が昇温するのを良好に抑制することもできる。

以上説明したように、コイルユニットとしての非接触式送電装置２０は、電力を送電する送電コイル２１と、当該送電コイル２１に電気的に接続される電力機器２３と、送電コイル２１や電力機器２３等を収容する筐体３０とを含む。筐体３０は、底部３００と、当該底部３００の反対側で開口する第１収容部３０ａと、底部３００から延出された隔壁部３０１により第１収容部３０ａと仕切られると共に底部３００の反対側および隔壁部３０１に関して第１収容部３０ａとは反対側で開口した第２収容部３０ｂとを有する。また、筐体３０には、第１収容部３０ａを覆うように樹脂製の第１蓋体３１が取り付けられると共に、第２収容部３０ｂを覆うように金属製の第２蓋体３２が取り付けられる。更に、第２蓋体３２は、底部３００の第２収容部３０ｂを画成する部分と対向する天板部３２１と、隔壁部３０１と対向するように天板部３２１から延出された壁部３２２と、天板部３２１および壁部３２２に沿って配設される複数の放熱フィン３２３とを有する。そして、送電コイル２１は、第１収容部３０ａに収容され、電力機器２３は、第２蓋体３２と当接するように第２収容部３０ｂに収容される。これにより、送電コイル２１と共に筐体３０の内部に配置される電力機器２３を良好に保護すると共に自然冷却により当該電力機器２３を良好に冷却することが可能となる。

また、筐体３０は、隔壁部３０１から第１収容部３０ａとは反対側に向けて延びる一対の第２側壁部３０４を有し、一対の第２側壁部３０４の端面は、隔壁部３０１から第１収容部３０ａとは反対側に向かうにつれて筐体３０の底部３００に近接するように傾斜する。更に、第２蓋体３２は、壁部３２２から天板部３２１の遊端に向けて延びる一対の側壁部３２４を有し、一対の側壁部３２４の端面は、壁部３２２から天板部３２１の遊端に向かうにつれて天板部３２１に近接するように傾斜する。そして、筐体３０の底部３００、一対の第２側壁部３０４の端面、および隔壁部３０１の端面と、第２蓋体３２の壁部３２２の端面、一対の側壁部３２４の端面および天板部３２１との間には、第２シール部材３４が配置される。このように、筐体３０の一対の第２側壁部３０４の端面と、これらに当接する第２蓋体３２の一対の側壁部３２４の端面とを傾斜させることにより、筐体３０と第２蓋体３２との間の第２シール部材３４によるシール性能を極めて良好に確保することが可能となる。ただし、筐体３０および第２蓋体３２の一方から一対の第２側壁部３０４または一対の側壁部３２４を省略し、他方にのみ側壁部を設けてもよい。

また、詳細な説明は省略するが、給電システム１を構成する受電装置１０において、ケース１５を上述の筐体３０や第１および第２蓋体３１，３２等と同様に構成された筐体や第１および第２筐体等を含むものとし、当該ケース１５内に受電コイル１１やコンデンサ１２、それらに電気的に接続されるフィルタ、整流器等の電力機器を収容してもよい。このように構成される受電装置１０では、ケース１５の第２蓋体と電力機器との接触面積および当該第２蓋体の放熱フィンの総表面積を充分に確保し、ファン等を用いた強制冷却を行うことなく、第２収容部内の電力機器を良好に冷却することができる。更に、当該第２収容部を金属製の第２蓋体により覆うことで、例えば車両１００の周辺に存在する異物等が跳ね上げられて当たることにより加えられる荷重といったような外力から電力機器を良好に保護すると共に、電力機器で発生するノイズがケース１５の外部に漏洩するのを良好に抑制することが可能となる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な変更をなし得ることはいうまでもない。

本発明は、コイルユニットや非接触式給電システムの製造産業等において利用可能である。

１ 給電システム、１０ 非接触式受電装置、１１ 受電コイル、１２ コンデンサ、１５ ケース、２０ 非接触式送電装置、２１ 送電コイル、２２ コンデンサ、２３ 電力機器、２４ 通信ユニット、２５ 電子制御装置、２７ ケーブル、３０ 筐体、３０ａ 第１収容部、３０ｂ 第２収容部、３１ 第１蓋体、３２ 第２蓋体、３３ 第１シール部材、３４ 第２シール部材、４０ 交流電源、１００ 車両、２００ バッテリ、３００ 底部、３００ｐ 突出部、３００ｓ 台座部、３０１ 隔壁部、３０１ｈ 孔部、３０２ 第１側壁部、３０３ 壁部、３０４ 第２側壁部、３２１ 天板部、３２２ 壁部、３２３ 放熱フィン、３２４ 側壁部、ＭＧ 電動機。

Claims (1)

1. 電力を送電または受電するコイルと、前記コイルに電気的に接続される電力機器とを含むコイルユニットにおいて、
   底部と、前記底部の反対側で開口する第１収容部と、前記底部から延出された隔壁部により前記第１収容部と仕切られると共に前記底部の反対側および前記隔壁部に関して前記第１収容部とは反対側で開口した第２収容部とを有する筐体と、
   前記第１収容部を覆うように前記筐体に取り付けられる樹脂製の第１蓋体と、
   前記第２収容部を覆うように前記筐体に取り付けられる金属製の第２蓋体とを備え、
   前記第２蓋体は、前記底部の前記第２収容部を画成する部分と対向する天板部と、前記隔壁部と対向するように前記天板部から延出された壁部と、前記天板部および前記壁部に沿って配設される複数の放熱フィンとを有し、
   前記コイルは、前記第１収容部に収容され、前記電力機器は、前記第２蓋体と当接するように前記第２収容部に収容されることを特徴とするコイルユニット。

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