JP2018133519A - Power transmission unit and magnetic member for coil - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力伝送ユニット及びコイル用磁性部材に関する。 The present invention relates to a power transmission unit and a magnetic member for a coil.
従来、非接触で電力の伝送を行う電力伝送ユニットがある。電力伝送ユニットは、例えば、渦巻状に形成された電力伝送コイルと、電力伝送コイルに設けられ磁性材料を含むフェライトとを備える(例えば、特許文献1)。電力伝送ユニットは、電力伝送コイルを用いて電磁誘導や磁界共鳴等により非接触で電力を伝送する。 Conventionally, there is a power transmission unit that transmits power in a non-contact manner. The power transmission unit includes, for example, a power transmission coil formed in a spiral shape and ferrite including a magnetic material provided in the power transmission coil (for example, Patent Document 1). The power transmission unit transmits power in a non-contact manner by electromagnetic induction or magnetic field resonance using a power transmission coil.
ところで、従来の電力伝送ユニットは、電力伝送コイルから発生する磁力により渦電流が発生し、この渦電流の発生により電力伝送ユニットの温度が上昇する傾向があり、この点で更なる改善の余地がある。 By the way, in the conventional power transmission unit, an eddy current is generated by the magnetic force generated from the power transmission coil, and the temperature of the power transmission unit tends to rise due to the generation of the eddy current. In this respect, there is room for further improvement. is there.
そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電力伝送ユニットの温度上昇を抑制することができる電力伝送ユニット及びコイル用磁性部材を提供することを目的とする。 Then, this invention is made | formed in view of the above, Comprising: It aims at providing the electric power transmission unit which can suppress the temperature rise of an electric power transmission unit, and the magnetic member for coils.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る電力伝送ユニットは、コイル軸線周りに渦巻状に設けられ非接触で電力を伝送する電力伝送コイルと、前記電力伝送コイルに設けられ磁性材料を含む磁性部材と、を備え、前記磁性部材は、前記コイル軸線に交差する方向に沿って形成された本体部と、前記本体部に設けられ前記コイル軸線周りに環状に形成され前記電力伝送コイルの内側に位置する壁部と、を有することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a power transmission unit according to the present invention is provided in a spiral shape around a coil axis and transmits power in a non-contact manner, and is provided in the power transmission coil. A magnetic member including a magnetic material, and the magnetic member is formed in a body portion formed along a direction intersecting the coil axis, and formed in an annular shape around the coil axis provided in the body portion. And a wall portion located inside the power transmission coil.
また、上記電力伝送ユニットにおいて、無線通信を行う通信モジュールを備え、前記本体部は、前記コイル軸線上に開口部を有し、前記通信モジュールは、前記開口部に設けられ、前記壁部は、前記通信モジュールを囲うように設けられることが好ましい。 The power transmission unit includes a communication module that performs wireless communication, the main body has an opening on the coil axis, the communication module is provided in the opening, and the wall is It is preferable to be provided so as to surround the communication module.
また、上記電力伝送ユニットにおいて、前記壁部は、前記コイル軸線に沿った方向であるコイル軸線方向に沿って前記本体部から突出し、前記コイル軸線に直交する方向から見た場合、前記壁部の前記本体部とは反対側の端部が、前記電力伝送コイル及び前記通信モジュールよりも前記本体部とは反対側に位置していることが好ましい。 Further, in the power transmission unit, the wall portion protrudes from the main body portion along a coil axis direction that is a direction along the coil axis, and when viewed from a direction orthogonal to the coil axis, It is preferable that the end on the opposite side to the main body is located on the opposite side of the main body from the power transmission coil and the communication module.
また、本発明に係るコイル用磁性部材は、コイル軸線周りに渦巻状に形成され非接触で電力を伝送する電力伝送コイルに設けられ磁性材料を含む磁性部材を備え、前記磁性部材は、前記コイル軸線に交差する方向に沿って形成された本体部と、前記本体部に設けられ前記コイル軸線周りに環状に形成され前記電力伝送コイルの内側に位置する壁部と、を有することが好ましい。 The magnetic member for a coil according to the present invention includes a magnetic member including a magnetic material provided in a power transmission coil that is spirally formed around a coil axis and transmits electric power in a non-contact manner, and the magnetic member includes the coil It is preferable to have a main body portion formed along a direction intersecting the axis, and a wall portion provided in the main body portion and formed in an annular shape around the coil axis line and positioned inside the power transmission coil.
本発明に係る電力伝送ユニット及びコイル用磁性部材は、磁性部材が、本体部に設けられコイル軸線周りに環状に形成され電力伝送コイルの内側に位置する壁部を備えるので、電力伝送コイルから発生する磁力が電力伝送コイルの内側に分布することを抑制することができ、電力伝送コイルの内側に渦電流が流れることを抑制できる。この結果、電力伝送ユニットは、電力伝送ユニットの温度上昇を抑制することができる。 The power transmission unit and the coil magnetic member according to the present invention are generated from the power transmission coil because the magnetic member includes a wall portion that is provided in the main body and is annularly formed around the coil axis and is positioned inside the power transmission coil. The magnetic force to be distributed can be suppressed from being distributed inside the power transmission coil, and the eddy current can be prevented from flowing inside the power transmission coil. As a result, the power transmission unit can suppress the temperature rise of the power transmission unit.
本発明を実施するための形態(実施形態)につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments (embodiments) for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited by the contents described in the following embodiments. The constituent elements described below include those that can be easily assumed by those skilled in the art and those that are substantially the same. Furthermore, the structures described below can be combined as appropriate. Various omissions, substitutions, or changes in the configuration can be made without departing from the scope of the present invention.
〔実施形態〕
実施形態に係る電力伝送ユニット1について説明する。電力伝送ユニット1は、非接触で電力を伝送し且つ信号を無線通信するユニットである。電力伝送ユニット1は、電力を送電する送電側、又は、電力を受電する受電側として機能する。電力伝送ユニット1は、例えば、図示しない車両に設けられた蓄電池を充電する場合に使用される。この場合、受電側の電力伝送ユニット1は、例えば、車両の底面部に設置され、車両の蓄電池に接続される。また、送電側の電力伝送ユニット1は、例えば、図示しない充電ステーションの地面に設置され、電源に接続される。送電側の電力伝送ユニット1は、受電側の電力伝送ユニット1と対向した状態で、電源から供給される電力を電磁誘導や磁気共鳴等により受電側の電力伝送ユニット1に送電する。受電側の電力伝送ユニット1は、送電側の電力伝送ユニット1から送電された電力を受電し、受電した電力を車両の蓄電池に出力する。以下の説明において、電力伝送ユニット1は、送電側と受電側とにおいて主要な構成が同等の構成であるので、特段断りがない限り、送電側と受電側とを区別することなく説明する。
Embodiment
The
電力伝送ユニット1は、図1及び図2に示すように、基板10と、電力伝送コイル20と、通信モジュールとしての通信カプラ30と、磁性部材(コイル用磁性部材)としてのフェライト40とを備えている。なお、説明の理解を容易にするために、電力伝送ユニット1は、筐体を取り外した状態で図示している。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
ここで、コイル軸線方向は、コイル軸線Xに沿った方向である。コイル軸線方向は、コイル軸線方向の上側が基板10側であり、コイル軸線方向の下側が電力伝送コイル20側である。交差方向は、コイル軸線方向に交差する方向である。直交方向は、コイル軸線方向に直交する方向である。
Here, the coil axis direction is a direction along the coil axis X. In the coil axial direction, the upper side in the coil axial direction is the
基板10は、種々の電子部品が実装され、当該電子部品を電気的に接続する電子回路を構成するものであり、いわゆるプリント回路基板(Printed Circuit Board)である。基板10は、例えば、エポキシ樹脂、ガラスエポキシ樹脂、紙エポキシ樹脂やセラミック等の絶縁性の材料からなる絶縁層に銅箔等の導電性部材によって配線パターン(プリントパターン)が形成されている。基板10は、電力伝送コイル20に電気的に接続されている。
The
電力伝送コイル20は、非接触で電力を伝送するコイルである。電力伝送コイル20は、電流が流れる導体線がコイル軸線X周りに渦巻状に設けられている。電力伝送コイル20は、導体線が渦巻状に形成されたコイル巻線部21と、導体線の巻始め側の端部である巻始め端部22と、導体線の巻終り側の端部である巻終り端部23とを備えている。電力伝送コイル20は、基板10の回路に電気的に接続されている。例えば、電力伝送コイル20は、巻始め端部22及び巻終り端部23が、基板10に実装された電子部品に配線を介して接続されている。
The
通信カプラ30は、相手側の通信カプラ30と無線通信を行うアンテナである。通信カプラ30は、例えば、近接無線転送技術であるTransferJet(登録商標)を使用する。通信カプラ30は、後述するフェライト40の開口部43に設けられる。通信カプラ30は、通信基板31と、結合電極32と、同軸コネクタ33とを備えている。
The
通信基板31は、矩形状に形成され、通信用の回路が形成されている。結合電極32は、通信基板31の回路に接続され、通信に用いる電荷を蓄積する導電性の部材である。結合電極32は、円形の電極板32aと、電極板32aの略中央からコイル軸線方向に沿って延在した電極棒32bとを備えている。結合電極32は、電極棒32bの電極板32aとは反対側の端部が、通信基板31の回路に接続されている。同軸コネクタ33は、通信基板31の結合電極32とは反対側に設けられ、通信基板31の回路と図示しないケーブルとを接続するコネクタである。
The
フェライト40は、電力伝送コイル20により発生する磁力を通し磁力の損失を抑制する磁性部材である。フェライト40は、磁性材料を含む部材であり、例えば、酸化鉄と金属との複合酸化物である。フェライト40は、電力伝送コイル20に設けられ、本体部41と、壁部42とを備えている。本体部41は、板状に形成され、交差方向に沿って設けられている。本体部41は、電力伝送コイル20に対向し、コイル軸線方向から見た場合、コイル巻線部21の全体と重なる部分を有している。本体部41は、例えば、矩形状且つ板状の4枚のフェライト板41a〜41dから構成されている。本体部41は、各フェライト板41a〜41dがコイル軸線X上に開口部43を有するようにコイル軸線X周りに交差方向(例えば直交方向)に沿って並べられる。例えば、本体部41は、第1フェライト板41aと第2フェライト板41bとが平行に並べられ、第3フェライト板41cと第4フェライト板41dとが平行に並べられ、第1及び第2フェライト板41a、41bと第3及び第4フェライト板41c、41dとが直交して並べられ、第1〜第4フェライト板41a〜41dにより囲まれる開口部43を形成している。この開口部43には、通信カプラ30が配置される。
The
壁部42は、コイル軸線方向に沿って本体部41から電力伝送コイル20側に突出し、電力伝送コイル20の内側に設けられている。壁部42は、通信カプラ30を囲うようにコイル軸線X周りに環状に形成されている。例えば、壁部42は、直方体形状である棒状の4本のフェライト棒42aから構成されている。壁部42は、各フェライト棒42aがコイル軸線X周りに環状に連結されている。壁部42は、コイル軸線方向から見た場合、通信カプラ30の矩形状の通信基板31の形状に合わせて、矩形状に形成されている。壁部42は、交差方向(直交方向)から見た場合、壁部42の本体部41とは反対側の端部42bが、電力伝送コイル20及び通信カプラ30よりも本体部41とは反対側に位置している。例えば、壁部42は、端部42bが通信カプラ30の電極板32aよりもコイル軸線方向の下側に突出している。
The
電力伝送ユニット1Aは、図3に示すように、コイル軸線方向に沿って相手側の電力伝送ユニット1Bに対向して配置される。つまり、電力伝送ユニット1Aの通信カプラ30と、電力伝送ユニット1Bの通信カプラ30とが通信可能に対向して配置され、且つ、電力伝送ユニット1Aの電力伝送コイル20と、電力伝送ユニット1Bの電力伝送コイル20とが電力伝送可能に対向して配置される。電力伝送ユニット1Aと電力伝送ユニット1Bとは、電力伝送ユニット1Aと電力伝送ユニット1Bとの間に障害物が介在しない状態で対向配置される場合や、電力伝送ユニット1Aと電力伝送ユニット1Bとの間に非導電部材である障害物が介在した状態で対向配置される場合がある。なお、電力伝送ユニット1Aと電力伝送ユニット1Bとは、略同様の構成であり、使用態様に応じて、電気信号を送信する送信側又は電気信号を受信する受信側として機能する。また、電力伝送ユニット1Aと電力伝送ユニット1Bとは、使用態様に応じて、電力を送電する送電側又は電力を受電する受電側として機能する。
As shown in FIG. 3, the
次に、電力伝送ユニット1(1A、1B)の動作例について説明する。電力伝送ユニット1Aは、電気信号の送信及び電力の受電を行い、電力伝送ユニット1Bは、電気信号の受信及び電力の送電を行う例について説明する。
Next, an operation example of the power transmission unit 1 (1A, 1B) will be described. An example in which the
電力伝送ユニット1Aの通信カプラ30は、同軸コネクタ33に接続されたケーブルから電気信号が入力されると、結合電極32に電荷を蓄積する。電力伝送ユニット1Aと電力伝送ユニット1Bとがコイル軸線方向に対向した状態で、電力伝送ユニット1Aの通信カプラ30は、結合電極32に蓄積された電荷を電気信号として電力伝送ユニット1Bの通信カプラ30に送信する。電力伝送ユニット1Bの通信カプラ30は、電力伝送ユニット1Aの通信カプラ30から送信された電気信号を受信し、同軸コネクタ33に接続されたケーブルを介して電気信号を出力する。
The
また、図示しない交流電源は、電力伝送用の回路を介して電力伝送ユニット1Bの電力伝送コイル20に電力を供給する。電力伝送コイル20に電流が流れると磁界が発生し、この磁界により生じた誘導起電力によって電力伝送ユニット1Aの電力伝送コイル20に電流が流れ電力が伝送される。
In addition, an AC power supply (not shown) supplies power to the
次に、電力伝送コイル20及び通信カプラ30の上昇温度について、実施形態と比較例とを比較しながら説明する。比較例に係る電力伝送ユニット(図示せず)は、フェライト40の壁部42が設けられていない電力伝送ユニットである。
Next, rising temperatures of the
図4に示すように、実施形態に係る送信側の通信カプラ30の上昇温度T1が、比較例に係る送信側の通信カプラの上昇温度T2よりも低下し、実施形態に係る受信側の通信カプラ30の上昇温度T3が、比較例に係る受信側の通信カプラの上昇温度T4よりも低下した。また、実施形態に係る送電側の電力伝送コイル20の上昇温度T5が、比較例に係る送電側の電力伝送コイルの上昇温度T6よりも低下し、実施形態に係る受電側の電力伝送コイル20の上昇温度T7が、比較例に係る受電側の電力伝送コイルの上昇温度T8よりも低下した。このように、実施形態に係る電力伝送ユニット1は、比較例に係る電力伝送ユニットよりも、送信側及び受信側の通信カプラ30の上昇温度が低下すると共に、送電側及び受電側の電力伝送コイル20の上昇温度が低下した。
As illustrated in FIG. 4, the rising temperature T1 of the transmission-
以上のように、実施形態に係る電力伝送ユニット1によれば、コイル軸線X周りに渦巻状に設けられ非接触で電力を伝送する電力伝送コイル20と、電力伝送コイル20に設けられ磁性材料を含むフェライト40と、を備える。そして、フェライト40は、コイル軸線Xに交差する交差方向に沿って設けられる本体部41と、本体部41に設けられコイル軸線X周りに環状に形成され電力伝送コイル20の内側に位置する壁部42とを有する。これにより、電力伝送ユニット1は、フェライト40の壁部42により、電力伝送コイル20から発生する磁力が電力伝送コイル20の内側に分布することを抑制できる。従って、電力伝送ユニット1は、電力伝送コイル20による磁界の変動を打ち消す磁界を発生させる渦電流が電力伝送コイル20の内側に流れることを抑制できるので、電力伝送コイル20の温度上昇を抑制することができる。この結果、電力伝送ユニット1は、電力伝送ユニット1の温度上昇を抑制することができる。
As described above, according to the
また、電力伝送ユニット1によれば、無線通信を行う通信カプラ30を備え、本体部41は、コイル軸線X上に開口部43を有し、通信カプラ30は、開口部43に設けられ、壁部42は、通信カプラ30を囲うように設けられる。これにより、電力伝送ユニット1は、フェライト40の壁部42により、電力伝送コイル20から発生する磁力が通信カプラ30に影響することを抑制できる。従って、電力伝送ユニット1は、通信カプラ30に渦電流が流れることを抑制できるので、通信カプラ30の温度上昇を抑制することができる。この結果、電力伝送ユニット1は、電力伝送ユニット1の温度上昇を抑制することができる。
Further, according to the
また、電力伝送ユニット1によれば、コイル軸線方向に沿って本体部41から突出し、コイル軸線Xに直交する方向から見た場合、壁部42の本体部41とは反対側の端部42bが、電力伝送コイル20及び通信カプラ30よりも本体部41とは反対側に位置している。これにより、電力伝送ユニット1は、電力伝送コイル20から発生する磁力が電力伝送コイル20の内側に分布することを効果的に抑制でき、且つ、通信カプラ30に影響することを効果的に抑制できる。
Further, according to the
〔変形例〕
次に、実施形態の変形例について説明する。基板10は、プリント回路基板であるものとして説明したがこれに限定されない。例えば、基板10は、絶縁性の樹脂材の内部に導電性の金属材のバスバが内蔵され当該バスバによって種々の回路が構成されたインサートバスバ基板等であってもよい。
[Modification]
Next, a modification of the embodiment will be described. Although the board |
また、フェライト40は、複数のフェライト板41a〜41dから構成される例について説明したが、これに限定されない。フェライト40は、1枚のフェライト板から構成され、当該フェライト板に孔を開けて開口部43を設け、当該開口部43の周りに壁部42を設けてもよい。
Moreover, although the
また、壁部42は、コイル軸線方向から見た場合、矩形状に形成される例について説明したが、これに限定されない。例えば、壁部42は、他の多角形の形状でもよいし、円形や楕円形でもよい。
Moreover, although the
また、壁部42は、複数のフェライト棒42aから構成される例について説明したが、これに限定されない。例えば、壁部42は、本体部41と一体形成されてもよい。
Moreover, although the
また、壁部42の端部42bが、電力伝送コイル20及び通信カプラ30よりも本体部41とは反対側に位置している状態で、本体部41とは反対側に当該端部42bを更に突出させても、通信カプラ30及び電力伝送コイル20の上昇温度は、ほとんど変化が見られなかった。これにより、電力伝送ユニット1は、壁部42の端部42bが、電力伝送コイル20及び通信カプラ30よりも本体部41とは反対側に位置(突出)している状態で、突出量を最も少なくすることで小型化することができる。
In addition, the
〔参考例〕
参考例として、送電側又は受電側のいずれか一方側の電力伝送ユニット1のみにフェライト40の壁部42を設けた場合、フェライト40の壁部42を設けない側の電力伝送ユニット1の温度が著しく上昇した。このため、送信側又は受信側のいずれか一方側の電力伝送ユニット1のフェライト40のみに壁部42を設けることは難しく、送信側及び受信側の両方の電力伝送ユニット1のフェライト40に壁部42を設ける必要がある。
[Reference example]
As a reference example, when the
1、1A 電力伝送ユニット
10 基板
20 電力伝送コイル
30 通信カプラ
40 フェライト
41 本体部
42 壁部
42b 端部
43 開口部
X コイル軸線
1, 1A
Claims (4)
前記電力伝送コイルに設けられ磁性材料を含む磁性部材と、を備え、
前記磁性部材は、
前記コイル軸線に交差する方向に沿って形成された本体部と、
前記本体部に設けられ前記コイル軸線周りに環状に形成され前記電力伝送コイルの内側に位置する壁部と、
を有することを特徴とする電力伝送ユニット。 A power transmission coil provided in a spiral around the coil axis and transmitting power in a contactless manner;
A magnetic member provided on the power transmission coil and including a magnetic material,
The magnetic member is
A main body formed along a direction intersecting the coil axis;
A wall portion provided in the main body portion and formed in an annular shape around the coil axis and located inside the power transmission coil;
A power transmission unit comprising:
前記本体部は、前記コイル軸線上に開口部を有し、
前記通信モジュールは、前記開口部に設けられ、
前記壁部は、前記通信モジュールを囲うように設けられる請求項1に記載の電力伝送ユニット。 A communication module that performs wireless communication is provided.
The main body has an opening on the coil axis,
The communication module is provided in the opening,
The power transmission unit according to claim 1, wherein the wall portion is provided so as to surround the communication module.
前記コイル軸線に沿った方向であるコイル軸線方向に沿って前記本体部から突出し、前記コイル軸線に直交する方向から見た場合、前記壁部の前記本体部とは反対側の端部が、前記電力伝送コイル及び前記通信モジュールよりも前記本体部とは反対側に位置している請求項2に記載の電力伝送ユニット。 The wall is
When projecting from the main body along the coil axis direction, which is a direction along the coil axis, and viewed from a direction orthogonal to the coil axis, the end of the wall opposite to the main body is The power transmission unit according to claim 2, wherein the power transmission unit is located on a side opposite to the main body portion from the power transmission coil and the communication module.
前記磁性部材は、
前記コイル軸線に交差する方向に沿って形成された本体部と、
前記本体部に設けられ前記コイル軸線周りに環状に形成され前記電力伝送コイルの内側に位置する壁部と、
を有することを特徴とするコイル用磁性部材。 A magnetic member including a magnetic material provided in a power transmission coil that is formed in a spiral shape around the coil axis and transmits power in a non-contact manner,
The magnetic member is
A main body formed along a direction intersecting the coil axis;
A wall portion provided in the main body portion and formed in an annular shape around the coil axis and located inside the power transmission coil;
The magnetic member for coils characterized by having.
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