JP2018018926A - コイルユニット - Google Patents

Abstract

【課題】筐体の内のスペースを確保しつつシールド板の剛性を向上させることができるとともに、充電効率の低下を抑制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３は、コイル１２と、コイル１２によって生成される電磁波を遮蔽するシールド部材２５と、シールド部材２５上に配置されるフェライト板２４と、シールド部材２５を支持する支持部３２を含み、コイル１２およびシールド部材２５を収容する筐体２０と、を備える。シールド部材２５は、第１シールド部材２５１と、第１シールド部材２５１に積層され、第１シールド部材２５１を補強する第２シールド部材２５２と、を含み、第２シールド部材２５２の外周縁部は、第１シールド部材２５１の外周縁部よりも内側に位置する。【選択図】図３

Description

本発明は、フェライト板およびコイルを含むコイルユニットに関し、特に、非接触充電システムに用いられるコイルユニットに関する。

従来、非接触充電システムについて各種提案されている（特許文献１〜５）。そして、従来のコイルユニットが開示された文献として、たとえば特開２０１６−１２９１９１号公報（特許文献６）が挙げられる。

特許文献６に開示のコイルユニットは、非接触充電システムに用いられるものであり、筐体の底部に設けられた複数の支持壁によって支持されたシールド板（金属板）上にフェライト板が配置されている。

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２０１６−１２９１９１号公報

しかしながら、特許文献１に開示の構成において、コイルユニットが車両に踏まれたりすることにより外部から衝撃が加えられた場合には、筐体の一部を構成する蓋体が下方に押されて、フェライト板を押圧しながら、シールド板を押圧する。

シールド板として、アルミ板を用いた場合には、アルミ板は剛性が低いため、上記のように押圧された場合には、支持壁間の部分が撓み変形する。フェライト板は、剛性が高くなっており、アルミ板よりも変形しにくくなっている。このため、アルミ板が撓むことにより、フェライト板に局所的に押圧力が集中して、フェライト板が割れてしまう。

このようなフェライト板の割れを抑制する対策として、支持壁の数をさらに増加させて、アルミ板の変形を抑制することが考えられる。しかしながら、支持壁の数を増加させた場合には、筐体内の空間が狭くなり、筐体内に、電子部品や整流器等の機器を配置するスペースを確保することが困難となる。

一方で、シールド板として、アルミ板よりも剛性の高い鉄板を用いた場合には、外部からコイルユニットに衝撃が加えられた場合には、シールド板の変形を抑制することができる。しかしながら、鉄板は、アルミ板よりも透磁率が大きいため、コイルユニット内に配置されたコイルによって生成された磁束が鉄板に入り込んでしまい、エネルギー損失が発生する。これにより、充電効率が低下する。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、筐体の内のスペースを確保しつつシールド板の剛性を向上させることができるとともに、充電効率の低下を抑制することができるコイルユニットを提供することにある。

このコイルユニットは、巻回軸の周囲を取り囲むように配置されたコイルと、上記巻回軸に交差するように設けられ、上記コイルによって生成される電磁波を遮蔽するシールド部材と、上記コイルと上記シールド部材との間に位置するように、上記シールド部材上に配置されるフェライト板と、上記シールド部材に対して上記コイルが位置する側とは反対側から上記シールド部材を支持する支持部を含み、上記コイルおよび上記シールド部材を収容する筐体と、を備える。上記シールド部材は、上記コイル側に位置する第１シールド部材と、上記第１シールド部材に対して上記コイルが位置する側とは反対側に位置するように上記第１シールド部材に積層され、上記第１シールド部材を補強する第２シールド部材とを含み、上記巻回軸方向から見た場合に、上記第２シールド部材の外周縁部は、上記第１シールド部材の外周縁部よりも内側に位置する。

上記コイルユニットにおいては、シールド部材を第１シールド部材と第２シールド部材とで構成し、第１シールド部材を第２シールド部材によって補強することにより、シールド部材の剛性を向上させることができる。この結果、シールド部材を支持する支持部を増加させる必要がなくなり、筐体内のスペースを確保することができる。

さらに、上記コイルユニットにおいては、巻回軸方向から見た場合に、第２シールド部材の外周縁部が、第１シールド部材の外周縁部よりも内側に位置することにより、第１シールド部材によって第２シールド部材が覆われる。これにより、第２シールド部材として第１シールド部材よりも透磁率が大きいものを用いた場合であっても、充電時にコイルから発生する磁束が第２シールド部材に入り込むことを抑制することができる。この結果、エネルギーの損失を抑制し、充電効率の低下を抑制することができる。

本発明によれば、筐体の内のスペースを確保しつつシールド板の剛性を向上させることができるとともに、充電効率の低下を抑制することができるコイルユニットを提供することができる。

実施の形態に係る非接触充電システムを示す模式図である。 実施の形態に係る非接触充電システムを示す電気回路図である。 実施の形態に係るコイルユニットを示す分解斜視図である。 実施の形態に係るコイルユニットに具備されるケース本体、送電コイル、フェライト板を示す平面図である。 実施の形態に係るコイルユニットの断面図であり、図４に示すＶ−Ｖ線に対応する部分の断面図である。 実施の形態に係るコイルユニットにおける磁束の一例を示す図である。 比較例に係るコイルユニットにおける磁束の一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態においては、同一のまたは共通する部分について図中同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

図１は、実施の形態に係る非接触充電システムを示す模式図である。図２は、実施の形態に係る非接触充電システムを示す電気回路図である。図１および図２を参照して、実施の形態に係る非接触充電システム１について説明する。なお、図１などにおいて、「Ｕ」は、上方向を示す。「Ｄ」は、下方向を示す。

図１および図２に示すように、非接触充電システム１は、コイルユニット４およびバッテリ７が搭載された車両２と、車両２の外部に設けられたコイルユニット３とを含む。コイルユニット４は、車両２のフロアパネル１５の下面に設けられており、コイルユニット３から非接触で電力を受電する。

コイルユニット４は、共振器５と、共振器５に接続された整流器６とを含む。共振器５は、受電コイル８およびコンデンサ９とを含み、受電コイル８およびコンデンサ９によってＬＣ共振回路が形成されている。整流器６は、共振器５が受電した交流電力を直流電力に変換して、バッテリ７に供給する。

コイルユニット３は、共振器１４と、変換器１１とを含む。共振器１４は、送電コイル１２とコンデンサ１３とを含み、送電コイル１２およびコンデンサ１３によってＬＣ共振回路が形成されている。

変換器１１は、電源１０に接続されており、電源１０から供給される交流電流の周波数を調整すると共に、電圧を調整して、共振器１４に供給する。

図３は、実施の形態に係るコイルユニッを示す分解斜視図である。なお、図３においては、便宜上のため、変換器１１を省略している。図４は、実施の形態に係るコイルユニットに含まれるケース本体、送電コイル、フェライト板を示す平面図である。図５は、実施の形態に係るコイルユニットの断面図であり、図４に示すＶ−Ｖ線に対応する部分の断面図である。図３から図５を参照して、コイルユニット３について説明する。

図３から図５に示すように、コイルユニット３は、筐体としての収容ケース２０と、収容ケース２０内に収容された送電コイル１２、ボビン２３、複数のフェライト板２４、シールド部材２５および基板２６とを含む。

収容ケース２０は、ケース本体２１と、ケース本体２１を覆うように設けられた樹脂蓋２２とを含む。ケース本体２１は、たとえば、アルミニウムやアルミニウム合金によって形成されている。

ケース本体２１は、ベース部３０と、環状壁部３１と、複数の支持壁３２とを含む。ベース部３０は、略平板形状を有する。ベース部３０は、樹脂蓋２２に向かい合う主面３３を有する。ベース部３０の外周縁部には、台座３４および張出部２７が設けられている。

台座３４には、ネジ穴３５が形成されている。ネジ穴３５にボルト４２が挿入され、収容ケース２０が地面等に固定される。なお、収容ケース２０は、他の態様によっても地面に固定されていてもよい。

また、張出部２７にもネジ穴２８が形成されている。ネジ穴２８には、後述するボルト４８が挿入され、樹脂蓋２２がケース本体２１に固定される。

環状壁部３１は、ベース部３０の主面３３上に設けられている。環状壁部３１は、ベース部３０の外周縁部の内側において、ベース部３０の外周縁部に沿って設けられている。環状壁部３１は、送電コイル１２の巻回軸Ｏ１に沿って樹脂蓋２２側に突出するように設けられている。環状壁部３１と、ベース部３０の外周縁部との間には、複数のボス３８が設けられている。複数のボス３８の各々には穴部３９が形成されている。

複数の支持壁３２は、ベース部３０の主面３３上に設けられている。複数の支持壁３２は、環状壁部３１の内側に設けられている。複数の支持壁３２は、ベース部３０の中央から略放射状に設けられている。複数の支持壁３２は、送電コイル１２の巻回軸Ｏ１に沿って樹脂蓋２２側に突出するように設けられている。送電コイル１２の巻回軸Ｏ１方向に沿った複数の支持壁３２の高さは、巻回軸Ｏ１方向に沿った環状壁部３１の高さと同等である。

環状壁部３１および複数の支持壁３２は、シールド部材２５に対して送電コイル１２が位置する側とは反対側からシールド部材２５を支持する。環状壁部３１および複数の支持壁３２は、シールド部材２５を支持する支持部に相当する。

基板２６は、環状壁部３１内に位置する部分のベース部３０に設けられた固定部（不図示）によってベース部３０に固定される。基板２６は、ベース部３０の主面３３とシールド部材２５との間に位置する。

基板２６は、複数のスリット２６ａを有する。複数のスリット２６ａの各々は、複数の支持壁３２の各々に対応する位置に設けられている。複数のスリット２６ａの各々には、対応する支持壁３２が貫通する。

基板２６には、上述のコンデンサ１３等の実装部品が実装されている。コンデンサ１３は、基板２６を貫通する複数の支持壁３２に干渉しないように配置されている。

シールド部材２５は、環状壁部３１および複数の支持壁３２上に配置される。シールド部材２５は、送電コイル１２によって生成される電磁波を遮蔽する。シールド部材２５は、巻回軸Ｏ１に交差するように設けられている。シールド部材２５の中央部は、基板２６が位置する側と反対側に突出する。

シールド部材２５は、第１シールド部材２５１および第２シールド部材２５２を含む。第１シールド部材２５１は、送電コイル１２側に位置する。第１シールド部材２５１の中央部は、基板２６から遠ざかるように突出する。第１シールド部材２５１は、たとえば、アルミニウムまたはアルミニウム合金によって構成されている。

第２シールド部材２５２は、第１シールド部材２５１に対して送電コイル１２が位置する側とは反対側に位置するように第１シールド部材２５１に積層されている。第２シールド部材２５２は、第１シールド部材２５１を補強する。これにより、シールド部材２５の剛性は、第１シールド部材２５１単体の剛性よりも大きくなる。第２シールド部材２５２の剛性は、第１シールド部材２５１の剛性よりも大きいことが好ましい。また、第２シールド部材２５２の透磁率は、第１シールド部材２５１の透磁率よりも大きくてもよい。

第２シールド部材２５２は、第１シールド部材２５１に対応した形状を有する。第２シールド部材２５２の中央部は、基板２６から遠ざかるように突出する。巻回軸Ｏ１方向から見た場合に、第２シールド部材２５２の外周縁部は、第１シールド部材２５１の外周縁部よりも内側に位置する。第２シールド部材２５２は、鉄または鉄合金によって構成されている。

複数のフェライト板２４は、送電コイル１２とシールド部材２５との間に位置するように、シールド部材２５上に配置されている。複数のフェライト板２４は、突出するシールド部材２５の中央部を囲むように放射状に配置されている。

複数のフェライト板２４は、巻回軸Ｏ１方向から見た場合に、複数の支持壁３２と重ならないように配置されている。すなわち、巻回軸Ｏ１方向から見た場合に、互い隣り合うフェライト板２４の間の隙間に、支持壁３２が配置されている。

ボビン２３は、シールド部材２５に対して基板２６が位置する側とは反対側から複数のフェライト板２４を覆う。ボビン２３は、送電コイル１２を収容するためのコイル溝４３を有する。ボビン２３は、互いに相対する主面を有する。コイル溝４３は、上記主面のうち、複数のフェライト板２４と対向する主面と反対側に位置する主面に設けられている。

ボビン２３の外周縁部には、複数のピン１６が形成されている。各ピン１６は、ベース部３０の主面３３に向けて突出している。このピン１６が、ボス３８の穴部３９に挿入されることにより、ボビン２３がケース本体２１に固定される。

送電コイル１２は、コイル溝４３に収容されている。送電コイル１２は、巻回軸Ｏ１の周囲を取り囲むように形成されている。なお、図３に示す例においては、巻回軸Ｏ１は、車両の上下方向に延びている。送電コイル１２は、渦巻型コイルであり、中央部に開口部４９が形成されている。

樹脂蓋２２は、上下方向における一方側が開口する略箱型形状を有する。樹脂蓋２２は、ボビン２３を覆う。樹脂蓋２２の外周縁部には、複数の張出部４６が形成されている。各張出部４６には穴部４７が形成されている。この穴部４７と、ケース本体２１のネジ穴２８とにボルト４８が挿入されることにより、樹脂蓋２２がケース本体２１に固定される。

図６は、実施の形態に係るコイルユニットにおける磁束の一例を示す図である。図６を参照して、コイルユニット３における磁束ＭＰ３の一例について説明する。

非接触充電システム１において、コイルユニット３からコイルユニット４に電力を供給する際には、送電コイル１２に交流電力が供給され、送電コイル１２の周囲に多くの磁束が形成される。

たとえば、図６に示すように、基板２６側に向かう磁束ＭＰ３は、第１シールド部材２５１として、アルミニウム等の透磁率の小さい部材を用いることにより、送電コイル１２側に向けて反射させることができる。

この際、第２シールド部材２５２として、第１シールド部材２５１よりも鉄等の透磁率の大きな部材を用いた場合であっても、第２シールド部材２５２の外周縁部は、第１シールド部材２５１の外周縁部の内側に位置することにより、第２シールド部材２５２に磁束が入り込むことを抑制することができる。

この結果、第２シールド部材２５２に磁束による渦電流が発生することが抑制され、電力伝送時に、第２シールド部材２５２が高温となることを抑制できるとともに、エネルギーの損失による充電効率の低下を抑制することができる。

なお、第１シールド部材２５１の外周縁部に第２シールド部材２５２側に向けて折り曲がる折曲部を設け、当該折曲部によって第２シールド部材２５２の外周縁部における端面を覆うことにより、さらに磁束ＭＰ３が第２シールド部材２５２に入り込むことをさらに抑制することができる。

また、上述のように、第２シールド部材２５２が、第１シールド部材２５１に対して送電コイル１２が位置する側とは反対側に位置するように、第１シールド部材２５１に積層されることにより、シールド部材２５の剛性が、第１シールド部材２５１の剛性よりも大きくなる。

これにより、ケース本体２１に設けられた支持壁３２の数を増やすことなく、シールド部材２５の剛性を向上させることができる。この結果、収容ケース２０内のスペースを確保することができる。

シールド部材２５の剛性を向上させることにより、コイルユニット３が車両に踏まれたりすることにより外部から外力が加わった場合には、シールド部材２５の変形が抑制されることにより、蓋体２２がフェライト板２４を押圧する押圧力をシールド部材２５に分散させることができる。これにより、フェライト板２４が割れることを抑制することができる。

以上のように、実施の形態に係るコイルユニットにあっては、筐体の内のスペースを確保しつつシールド板の剛性を向上させることができるとともに、充電効率の低下を抑制することができる。

なお、コイルユニット４は、上記のコイルユニット３を上下方向に反転させた構成とほぼ同様の構成であり、上記のコイルユニット３に関する技術思想をコイルユニット４に当然に適用することができる。これにより、コイルユニット４においても、コイルユニット３と同様に、筐体の内のスペースを確保しつつシールド板の剛性を向上させることができるとともに、充電効率の低下を抑制することができる。

また、車両２の下方側から衝突対象物に衝突した場合等によって、外部からコイルユニット４に外力が加わった場合にあっても、上述同様に、蓋体２２がフェライト板２４を押圧する押圧力をシールド部材２５に分散させることができ、フェライト板２４が割れることを抑制することができる。

（比較例）
図７は、比較例に係るコイルユニットにおける磁束の一例を示す図である。図７を参照して、比較例に係るコイルユニット３Ｘにおける磁束ＭＰＸの一例について説明する。

図７に示すように、比較例に係るコイルユニット３Ｘは、実施の形態に係るコイルユニット３Ｘと比較した場合に、巻回軸Ｏ１方向から見た場合に、第２シールド部材２５２の外周縁部が第１シールド部材２５１の外周縁部の外側に位置する点において相違する。その他の構成については、ほぼ同様である。

比較例においては、第１シールド部材２５１から露出する部分の第２シールド部材２５２から露出しているため、第１シールド部材２５１として透磁率の小さい部材を用い、第２シールド部材２５２として透磁率の大きい部材を用いた場合には、第２シールド部材２５２に磁束ＭＰＸが入り込んでしまう。

このため、第２シールド部材２５２に渦電流が発生し、電力伝送時に、第２シールド部材２５２が高温になるとともに、エネルギーの損失によって充電効率が悪化してしまう。

以上、本発明の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。

１ 非接触充電システム、２ 車両、３，３Ｘ，４ コイルユニット、５ 共振器、６ 整流器、７ バッテリ、８ 受電コイル、９ コンデンサ、１０ 電源、１１ 変換器、１２ 送電コイル、１３ コンデンサ、１４ 共振器、１５ フロアパネル、１６ ピン、２０ 収容ケース、２１ ケース本体、２２ 樹脂蓋、２３ ボビン、２４ フェライト板、２５ シールド部材、２６ 基板、２６ａ スリット、２７ 張出部、２８ ネジ穴、３０ ベース部、３１ 環状壁部、３２ 支持壁、３３ 主面、３４ 台座、３５ ネジ穴、３８ ボス、３９ 穴部、４２ ボルト、４３ コイル溝、４６ 張出部、４７ 穴部、４８ ボルト、４９ 開口部、２５１ 第１シールド部材、２５２ 第２シールド部材。

Claims (1)

1. 巻回軸の周囲を取り囲むように配置されたコイルと、
   前記巻回軸に交差するように設けられ、前記コイルによって生成される電磁波を遮蔽するシールド部材と、
   前記コイルと前記シールド部材との間に位置するように、前記シールド部材上に配置されるフェライト板と、
   前記シールド部材に対して前記コイルが位置する側とは反対側から前記シールド部材を支持する支持部を含み、前記コイルおよび前記シールド部材を収容する筐体と、を備え、
   前記シールド部材は、前記コイル側に位置する第１シールド部材と、前記第１シールド部材に対して前記コイルが位置する側とは反対側に位置するように前記第１シールド部材に積層され、前記第１シールド部材を補強する第２シールド部材と、を含み、
   前記巻回軸方向から見た場合に、前記第２シールド部材の外周縁部は、前記第１シールド部材の外周縁部よりも内側に位置する、コイルユニット。

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