JP2017011079A - コイルユニット - Google Patents

Abstract

【課題】コイルの断面寸法の安定化を図ること。
【解決手段】底壁４１の周縁から側壁４３を起立させて上面が開口されたケース３５と、底壁に沿って電線４７を扁平状に巻き回して形成されたコイル３７をケース内に位置決めするコイルガイド３９ａ〜３９ｄとを備える。コイルガイドは、互いに隔離された複数の電線収容溝５９が並設され、電線４７の巻き方向に分割されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、コイルユニットに関する。

従来、電気自動車等の車両に搭載されたバッテリを充電するシステムとして、路面側に設置された１次コイルと車両側に設置された２次コイルとの相互作用によって、１次コイルから２次コイルに供給された電力をバッテリに充電する非接触給電システムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この種のシステムにおいて、１次コイルと２次コイル（以下、コイルと称する。）は、それぞれケース内に収容されてユニット化されている。以下、従来のコイルユニットの一例を説明する。

図７はケース内にコイルが収容されたコイルユニットの内部構造を示す上面図、図８は図７のＣ−Ｃ矢視断面図、図９は図７のＤ−Ｄ矢視断面図である。ケース１１は、図７，８に示すように、底壁１３の周縁から断面矩形の枠状の側壁１５を起立させて形成され、開口する上部には図示しない蓋が被せられる。

ケース１１の内側には、樹脂製のコイルガイド１７が収容される。コイルガイド１７は、図８に示すように、矩形の帯状に形成された基板１９と、基板１９の内周縁から枠状に起立する内側ガイド壁２１と、基板１９の外周縁から枠状に起立する外側ガイド壁２３とを有して形成される。コイルガイド１７の内部には、電線２５を巻き回した扁平状のコイル２７が収容され、コイル２７と底壁１３との間には、コイル２７の高さを調整するバッファシート２９が設けられる。コイルガイド１７に囲まれた空間Ｓには、図示しないフェライト等の磁性体が収容される。

コイル２７は、図７に示すように、電線２５の巻き方向の複数箇所にテープ３１が巻き付けられることで、各電線２５は、コイルガイド１７の幅方向（図の左右方向）に配列されると共に厚み方向（図の上下方向）に例えば２層に重ねられた状態で保持される。

特開２０１５−１２７６４号公報

しかしながら、この種のコイル２７は、テープ３１を巻き付ける作業に手間がかかるだけでなく、図９に示すように、テープ３１を巻き付ける際に、電線２５が幅方向や厚み方向で位置ずれを起こしやすく、コイル２７の断面寸法（幅寸法Ｌ１及び厚み寸法Ｌ２）がばらつくことがある。また、コイル２７の発熱に伴って加熱されたコイルガイド１７が、熱膨張や収縮により変形すると、その変形したコイルガイド１７に押し付けられたコイル２７の断面が変形し、断面寸法が変動する虞がある。

このような場合、例えば、コイル２７の幅寸法Ｌ１が設計値よりも小さくなると、コイル２５の伝送効率や充電効率が低下する。また、厚み寸法Ｌ２が設計値よりも大きくなると、コイルガイド１７からコイル２７がはみ出して組付性が悪くなる。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、コイルの断面寸法の安定化を図ることを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明のコイルユニットは、底壁の周縁から側壁を起立させて上面が開口されたケースと、底壁に沿って電線を扁平状に巻き回して形成されたコイルをケース内に位置決めするコイルガイドとを備え、コイルガイドは、互いに隔離された複数の電線収容溝が並設されてなることを特徴とする。

これによれば、電線収容溝に電線を組み付けることにより、コイルを簡単に形成することができる。また、電線の位置を電線収容溝で規制することができるから、電線が組み付けられたコイルガイドをケース内の所定位置に保持することで、コイルをケース内に保持することができる。特に、電線収容溝に組み付けられた電線は、電線収容溝が互いに隔離されているから、隣り合う電線同士が接触することがない。これにより、電線の位置ずれを確実に防ぐことができるから、少ない電線の本数で必要なコイルの寸法が確保され、コイルの断面寸法の安定化を図ることができる。

この場合において、コイルガイドは、電線の巻き方向に分割されていることが好ましい。このようにコイルガイドを分割すれば、各コイルガイドの体積を小さくすることができ、コイルの発熱時に、コイルガイドの熱膨張や収縮による変形を抑制することができるから、コイルの断面寸法の安定化を図ることができる。

さらに、ケースは、側壁の上面が矩形に開口して形成され、コイルガイドは、Ｌ字状に分割されて側壁の四隅に沿って配置され、Ｌ字の角部と隅部とが、それぞれケースに保持されてなることが好ましい。

これによれば、コイルの発熱によって加熱されたコイルガイドは、角部と隅部がケースに保持されているから、Ｌ字の屈曲部の変形が抑制され、その両側の直線部分の寸法が変化する。しかし、この直線部分の寸法変化は、側壁に沿った直線方向の伸縮が主であり、電線の配列への影響がないため、コイルの断面寸法を維持することができる。

また、コイルガイドは、角部と隅部とにそれぞれこれらを結ぶ直線上に延びるスリット又は孔が形成され、このスリット又は穴にそれぞれケース側の突起が係合されていることが好ましい。これによれば、スリット又は穴に対して突起を小さく形成することで、コイルガイドの熱膨張や収縮時に、スリット又は孔に沿って突起を相対的に移動させることができるから、コイルガイドの歪が軽減され、破損や変形を抑制することができる。

また、電線収容溝は、それぞれ、複数の電線を層状に保持する溝深さに設定されてなることが好ましい。これによれば、各電線収容溝に複数の電線を組み付けることで、電線を層状に重ねて配置しても、各層で位置ずれが生じることがないため、コイルの断面寸法の安定化を図ることができる。

本発明によれば、コイルの断面寸法の安定化を図ることができる。

本発明が適用されるコイルユニットの内部構造を示す上面図である。 図１のＡ−Ａ矢視断面図である。 図１からコイルを除いた状態の上面図である。 コイルガイドの上面図である。 図４のＢ−Ｂ矢視断面図である。 コイルガイドの他の実施形態の上面図である。 従来のコイルユニットの内部構造を示す上面図である。 図７のＣ−Ｃ矢視断面図である。 図７のＤ−Ｄ矢視断面図である。

以下、本発明が適用されるコイルユニットの一実施形態について図１乃至図５を参照して説明する。本実施形態は、電気自動車やハイブリッドカー等の車両に搭載されたバッテリを充電するための非接触給電システムにおいて、２次コイルを収容して車両側に搭載された受電用のコイルユニットに関するものである。ただ、本発明のコイルユニットは、この例に限られるものではなく、例えば、非接触給電システムにおいて、１次コイルを収容して路面側に設置された給電用のコイルユニットのほか、種々のコイルが収容されたコイルユニットにも適用することができる。

なお、本実施形態のコイルユニットを用いた非接触給電システムでは、車両側の２次コイルは、路面側の１次コイルとの相互作用、つまり、電磁誘導を利用することで、電力が供給され、その供給された電力がバッテリに充電されるようになっている。

本実施形態のコイルユニット３３は、図１に示すように、ケース３５と、ケース３５内に収容されるコイル３７と、ケース３５内にコイル３７を位置決めするコイルガイド３９とを備えて構成される。

ケース３５は、樹脂等で形成され、図２に示すように、平板状の底壁４１と、底壁４１の周辺から起立して横断面が矩形に形成された枠状の側壁４３とを備え、上面に矩形の開口部４５を有して形成される。なお、開口部４５は、図示しない蓋がパッキンを介して被せられ、ネジで固定されることにより、封止されるようになっている。

コイル３７は、図１に示すように、ケース３５の底壁４１に沿って電線４７を巻き回して扁平状に形成され、コイルガイド３９に位置決めされている。コイル３７は、ケース３５の開口４５側からみると、全体として矩形の帯状をなしている。コイル３７の内側には、図示していないが、磁性体であるフィライトやコンデンサー等の電気部品が配置されている。電線４７は、一端側が内側の電気部品に接続され、内周側から外周側に向かって巻き回された後、他端側が内側に引き込まれて他の電気部品に接続される。

コイルガイド３９は、樹脂等で形成され、図３に示すように、４枚のＬ字状のコイルガイド３９ａ〜３９ｄを有して構成される。すなわち、各コイルガイド３９ａ〜３９ｄは、それぞれ角部を中心に同一の外形形状となるように、矩形の枠状に形成された板材を電線４７の巻き方向に分割して形成される。

各コイルガイド３９ａ〜３９ｄは、図４に示すように、それぞれ、屈曲部分の外周面から水平方向に張り出して角部を形成する第１の片部４９と、内周面から水平方向に張り出して隅部を形成する第２の片部５１とを有し、第１の片部４９には、第１の貫通穴５３が形成され、第２の片部５１には、第２の貫通穴５５が形成される。第１の片部４９は、上面側からみると、屈曲部分の両側の直線部分５６，５６の外側面に沿った延長線を互いにＲ状に交わらせて形成され、ケース３５の四隅に対応する形状をなしている。

各コイルガイド３９ａ〜３９ｄは、図１及び図２に示すように、それぞれ、ケース３５の側壁４３の四隅に沿う格好で、側壁４３に内接して配置され、第１の貫通穴５３及び第２の貫通穴５５にそれぞれ挿通されたボルトが底壁４１のボルト穴に締結されることで、角部と隅部がそれぞれケース３５に位置決めされるようになっている。なお、各コイルガイド３９ａ〜３９ｄの位置決めは、ボルト締結に代えて、ケース３５の底壁４１から起立するボスを第１の貫通穴５３及び第２の貫通穴５５にそれぞれ挿入して位置決めするようにしてもよい。

各コイルガイド３９ａ〜３９ｄは、図３に示すように、それぞれケース３５の四隅に位置決めされた状態で、端面５７同士が互いに離間して配置されるようになっている。

各コイルガイド３９ａ〜３９ｄの上面には、図４に示すように、それぞれ、電線４７の巻き回し方向に延在すると共に電線４７が組み付けられる複数の電線収容溝５９が形成される。各コイルガイド３９ａ〜３９ｄには、電線４７の巻き数分の電線収容溝５９が並設され、各電線収容溝５９は、図５に示すように、それぞれ、隣り合う電線収容溝５９と隔壁６１を介して互いに隔離されている。各電線収容溝５９は、溝底が断面Ｒ状に形成され、電線４７の外径寸法と同じかこれよりも僅かに大きい溝幅Ｌ３と、複数（図５では２本）の電線４７を保持する溝深さＬ４とを有して形成される。本実施形態では、各電線収容溝５９にそれぞれ２本の電線４７が収容され、上方に位置する電線４７は、その少なくとも半分が電線収容溝５９に収容されている。

以上述べたように、本実施形態では、コイルガイド３９ａ〜３９ｄにそれぞれ形成された電線収容溝５９に沿って電線４７を組み付けることにより、手作業で扁平状のコイル３７を簡単に形成することができる。また、このように電線４７が組み付けられたコイルガイド３９ａ〜３９ｄをケース３５内に位置決めすることで、コイル３７をケース３５内に保持することができる。

また、各電線収容溝５９は、隣り合う電線収容溝５９と隔離されているから、隣り合う電線４７同士の接触を防ぐことができ、しかも、図７のように、テープ３１で巻き付ける作業が不要になるから、電線４７間の位置ずれを確実に防ぐことができる。これにより、コイル３７の断面形状が均一化されるから、少ない電線４７の本数で必要なコイル３７の断面寸法（図５のＬ５及びＬ６）を確保することができ、コイル２７の充電効率等を安定化することができる。加えて、本実施形態のコイルガイド３９ａ〜３９ｄは、図８のコイルガイド１７とバッファシート２９を兼用しているから、部品点数を削減することができる。

また、本実施形態のコイルガイド３９は、４枚のコイルガイド３９ａ〜３９ｄで構成されるから、図７のコイルガイド１７のように１枚で構成するよりも、体積を小さくすることができる。これにより、コイル３７の発熱時には、コイルガイド３９ａ〜３９ｄの熱膨張や収縮による寸法変化を抑制することができるから、この寸法変化に伴うコイル３７の断面寸法の変化を抑制することができる。なお、コイルガイド３９は、熱膨張や収縮が起こりにくい材質で形成されていれば、１枚で構成することも可能である。

また、本実施形態のコイルガイド３９ａ〜３９ｄは、矩形に形成されたケース３５の側壁４３の四隅に沿って配置され、かつ、Ｌ字の角部と隅部とがそれぞれケース３５に位置決めされている。そのため、コイルガイド３９ａ〜３９ｄは、コイル３７の発熱により熱膨張や収縮が生じた場合、位置決めされたＬ字の屈曲部は、変形が抑制される。一方、屈曲部の両側の直線部分５６は、隣り合うコイルガイド３９と分離されて拘束されていないことから、ケース３５の側壁４３に沿って延びる方向に伸縮（図３の矢印は収縮方向を表している）する。したがって、このように直線部分５６が変形したとしても、電線４７の配列に影響がないことから、コイル３７の断面寸法の変動を防ぐことができる。

以上、本発明の実施形態を図面により詳述したが、本実施形態は本発明の例示にしか過ぎないものであり、請求項に記載された範囲内において変更・変形することが可能である。

例えば、本実施形態では、コイルガイド３９ａ〜３９ｄをそれぞれＬ字状に形成する例を説明したが、ケース３５の側壁４３が円形や長円形に立ち上げられている場合は、その側壁４３に沿うように、コイルガイド３９ａ〜３９ｄを円弧状に形成することもできる。

また、本実施形態のコイルガイド３９ａ〜３９ｄは、第１の片部４９及び第２の片部５１にそれぞれ位置決め用の貫通穴を形成し、これらの貫通穴に挿入したボルトをケースに締結することで、ケース３５に位置決めがなされているが、ケース３５への位置決め構造は、このようなボルトの締結に限られず、以下のように構成することもできる。

図６に示すように、第１の片部４９には、第１の貫通穴５３に代えて、スリット６３を形成し、第２の片部５１には、第２の貫通穴５５に代えて、スリット６３の長手方向に延びる長穴６５を形成する。この場合、スリット６３と長穴６５は、これらを結ぶ直線Ｐに沿って延在して形成される。そして、スリット６３には、ケース３５の側壁４３から延出するリブ６７が、直線Ｐに沿って係合され、長穴６５にはケース３５の底壁４１から立設するボス６９が係合される。リブ６７とスリット６３は、直線Ｐに沿う方向に隙間が設けられ、長穴６５とボス６９は、直線Ｐに沿う方向に隙間が設けられる。

これによれば、コイルガイド３９ａ〜３９ｄに熱膨張や収縮が発生した場合、リブ６７とスリット６３、及び、長穴６５とボス６９は、それぞれ直線Ｐ方向で相対的な移動が可能であるから、コイルガイド３９ａ〜３９ｄの屈曲部は、直線Ｐの方向に所定の熱膨張や収縮が許容され、その結果、第１の片部４９と第２の片部５１をそれぞれボルトで締結するときに発生する歪が軽減される。そのため、コイルガイド３９ａ〜３９ｄの破損や変形を防ぎ、耐久性を向上させることができる。

３３ コイルユニット
３５ ケース
３７ コイル
３９ａ〜３９ｄ コイルガイド
４１ 底壁
４３ 側壁
４５ 開口部
４７ 電線
４９ 第１の片部（角部）
５１ 第２の片部（隅部）
５９ 電線収容溝
６１ 隔壁
６３ スリット
６５ 長穴

Claims (5)

1. 底壁の周縁から側壁を起立させて上面が開口されたケースと、前記底壁に沿って電線を扁平状に巻き回して形成されたコイルを前記ケース内に位置決めするコイルガイドとを備え、
   前記コイルガイドは、互いに隔離された複数の電線収容溝が並設されてなるコイルユニット。
2. 前記コイルガイドは、前記電線の巻き方向に分割されてなる請求項１に記載のコイルユニット。
3. 前記ケースは、前記側壁の上面が矩形に開口して形成され、
   前記コイルガイドは、Ｌ字状に分割されて前記側壁の四隅に沿って配置され、該Ｌ字の角部と隅部とが、それぞれ前記ケースに保持されてなる請求項２に記載のコイルユニット。
4. 前記コイルガイドは、前記角部と前記隅部とにそれぞれこれらを結ぶ直線上に延びるスリット又は穴が形成され、このスリット又は穴にそれぞれ前記ケース側の突起が係合されてなる請求項３に記載のコイルユニット。
5. 前記電線収容溝は、それぞれ、複数の前記電線を層状に保持する溝深さに設定されてなる請求項１乃至４のいずれかに記載のコイルユニット。

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