JP2018147921A - コイルユニット - Google Patents

Abstract

【課題】フェライト板の分割フェライトに反りが生じたとしても損失が生じることを抑制することができると共に、フェライト板の放熱性を確保することができるコイルユニットを提供する。【解決手段】コイルユニットは、複数の分割フェライト板２８を含み、厚さ方向に配列する第１主表面および第２主表面を含むフェライト板と、第１主表面に配置されたコイルと、第２主表面に配置された金属板２４Ａとを備える。金属板２４Ａには、複数の分割フェライト板２８を支持する支持部４０が形成されており、複数の分割フェライト板２８の各々は、３つの支持部４０によって支持される。【選択図】図５

Description

本開示は、コイルユニットに関する。

従来から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２〜７参照）。一般に、非接触充電システムにおいては、送電側のコイルユニットから受電側のコイルユニットに非接触で電力を送電する。

たとえば、特開２０１６−１２９１６４号公報に記載されたコイルユニットは、板状に形成されたフェライト板と、このフェライト板の上面上に配置されたコイルと、フェライト板の下面側に配置されたアルミ板とを含む。フェライト板は、複数の分割フェライト板を含む。

特開２０１６−１２９１６４号公報 特開２０１６−１０７１７４号公報 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

板状の分割フェライト板を製造する過程において、分割フェライト板に反りが生じる場合がある。

反りが生じた分割フェライト板をコイルユニットに組み付けると、分割フェライト板に応力が加えられた状態でコイルユニット内に搭載される場合がある。このように、内部応力が加えられた分割フェライト板内を磁束が流れると、損失が生じやすい。

その一方で、コイルとアルミ板とは電気的に互いに接続されておらず、電力伝送時に、コイルとアルミ板との間に電位差が生じ、コイルおよびアルミ板の間に電界が生じる。

フェライト板は、コイルおよびアルミ板の間に配置されているため、上記の電界によって電位を帯び易い。そこで、フェライト板と、アルミ板との間に絶縁膜を配置することが考えられるが、フェライト板の熱をアルミ板へ放熱することが困難となり易い。

本開示は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、フェライト板の分割フェライトに反りが生じたとしても損失が生じることを抑制することができると共に、フェライト板の放熱性を確保することができるコイルユニットを提供することである。

本開示に係るコイルユニットは、複数の分割フェライト板を含み、厚さ方向に配列する第１主表面および第２主表面を含むフェライト板と、第１主表面に配置されたコイルと、第２主表面に配置された金属板とを備える。上記金属板には、複数の分割フェライト板を支持する支持部が形成されており、複数の分割フェライト板の各々は、３つの支持部によって支持された。

上記のコイルユニットによれば、支持部を通して、分割フェライト板の熱を金属板に放熱することができる。さらに、反りが発生した分割フェライト板が組み込まれたとしても、当該分割フェライト板に大きな荷重が加えられることが抑制され、分割フェライト板内を磁束が通る際に分割フェライト板の温度が上昇することを抑制することができる。

本開示に係るコイルユニットによれば、ェライト板の分割フェライトに反りが生じたとしても損失が生じることを抑制することができると共に、フェライト板の放熱性を確保することができる。

本実施の形態１に係る非接触充電システム１を示す模式図である。 非接触充電システム１を模式的に電力伝送システムである。 コイルユニット４を示す分解斜視図である。 樹脂カバー２０と、金属板２４Ｂとを取り外した状態において、コイルユニット４を下方から視たときの平面図である。 金属板２４Ａを示す平面図である。 ３つの支持部４０およびその周囲の構成を示す斜視図である。 コイルユニット４を示す断面図である。 反りが発生した分割フェライト板２８と、金属板２４Ａと、その周囲の構成を模式的に示す断面図である。 受電コイル８、分割フェライト板２８および放熱剤４１を示す平面図である。

図１から図９を用いて、実施の形態について説明する。なお、図１から図９に示す構成において、同一の構成または実質的に同一の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。図１は、本実施の形態１に係る非接触充電システム１を示す模式図であり、図２は、非接触充電システム１を模式的に電力伝送システムである。

この図１および図２に示すように、非接触充電システム１は、送電側のコイルユニット３と、車両２とを備える。車両２は、コイルユニット４と、バッテリ７とを含む。コイルユニット４は、共振器５と、整流器６とを含む。共振器５は、受電コイル８と、コンデンサ９とを含む。

コイルユニット３は、共振器１４と、変換装置１１とを含む。共振器１４は、送電コイル１２と、コンデンサ１３とを含む。共振器５および共振器１４は、ＬＣ共振器である。共振器５の共振周波数と、共振器１４の共振周波数とは、実質的に一致している。共振器５および共振器１４のＱ値は、いずれも、１００以上である。

送電側のコイルユニット３から受電側のコイルユニット４に電力を送電する際には、電源１０から変換装置１１に交流電力が供給される。変換装置１１は、電圧や周波数を調整して、共振器１４に供給する。共振器１４に交流電流が供給されると、送電コイル１２の周囲に電磁界が形成される。受電コイル８は、送電コイル１２の周囲に形成される電磁界から電力を受電する。送電コイル１２が受電した交流電力は、整流器６に供給される。整流器６は、供給され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。

図３は、コイルユニット４を示す分解斜視図である。この図３に示すように、コイルユニット４は、樹脂カバー２０と、受電コイル８と、樹脂板２２と、フェライト板２３と、金属板２４Ａ，２４Ｂと、基板２５と、電気機器２９と、金属ケース２７と、樹脂ケース２６とを含む。

樹脂カバー２０および樹脂ケース２６によって、ケース３０が形成されており、ケース３０内に受電コイル８などが配置されている。

樹脂カバー２０は樹脂によって形成されており、受電コイル８は樹脂カバー２０の上面に配置されている。

受電コイル８は、樹脂カバー２０の上面に配置されている。受電コイル８には、平板円形状に形成されており、上下方向に延びる巻回軸Ｏ１の周囲を取り囲むように形成されている。受電コイル８の中央部には中空部が形成されている。

図３に示す例においては、樹脂板２２と受電コイル８とを別々に図示しているが、受電コイル８は樹脂板２２内に埋設されている。樹脂板２２の上面には、支持壁２１が形成されている。

フェライト板２３は、受電コイル８の上面に配置されており、フェライト板２３は、複数の分割フェライト板２８を含む。各分割フェライト板２８は巻回軸Ｏ１の周囲を取り囲むように配置されており、複数の分割フェライト板２８は放射状に配置されている。

金属板２４Ａはフェライト板２３の上面上に配置されており、金属板２４Ｂは金属板２４Ａと隣り合う位置に配置されている。金属板２４Ａおよび金属板２４Ｂは、たとえば、アルミニウムなどの金属によって形成されている。

基板２５は、金属板２４Ａの上面上に配置されている。基板２５には、複数の素子が配置されている。たとえば、基板２５に設けられた複数のコンデンサ素子によって、コンデンサ９が形成されている。

電気機器２９は、金属板２４Ｂの上面に配置されている。電気機器２９には整流器６などが含まれる。金属ケース２７は、電気機器２９の上面に配置される。樹脂ケース２６は、基板２５および金属ケース２７上に配置される。

図４は、樹脂カバー２０と、金属板２４Ｂとを取り外した状態において、コイルユニット４を下方から視たときの平面図である。

この図４に示すように、各分割フェライト板２８は巻回軸Ｏ１の周囲を取り囲むように配置されており、分割フェライト板２８は、巻回軸Ｏ１を中心に放射状に配置された４つの角フェライト３６を含む。隣り合う角フェライト３６の間には、切欠部３５が形成されており、切欠部３５の幅は、巻回軸Ｏ１から離れるにつれて大きくなるように形成されている。なお、切欠部３５から金属板２４Ａの一部が露出している。

角フェライト３６は、２つの分割フェライト板２８を含み、分割フェライト板２８同士の間には、巻回軸Ｏ１を中心として、放射状に延びる空隙部が形成されている。

図５は、金属板２４Ａを示す平面図である。この図５に示すように、金属板２４Ａの下面には、複数の支持部４０が形成されている。

各分割フェライト板２８の上面側に、各々３つの支持部４０が位置する。
図６は、３つの支持部４０およびその周囲の構成を示す斜視図である。この図６に示すように、支持部４０は、金属板２４Ａの下面から突出するように形成されている。分割フェライト板２８は、３つの支持部４０によって支持されている。

図７は、コイルユニット４を示す断面図である。
この図７に示すように、分割フェライト板２８の下面と、樹脂カバー２０の上面との間には、クッション材４２が配置されている。分割フェライト板２８は、金属板２４Ａの下面に配置されており、支持部４０と分割フェライト板２８とが接触している。

樹脂板２２に形成された支持壁２１は、分割フェライト板２８の周囲を取り囲むように形成されている。支持壁２１と分割フェライト板２８とは互いに間隔をあけて配置されている。ここで、分割フェライト板２８の上面と、金属板２４Ａの下面との間に放熱剤４１が配置されている。なお、放熱剤４１は、分割フェライト板２８および金属板２４Ａのいずれにも接触するように形成されている。放熱剤４１は、ジェル状であり、外部から外力が加えられると変形するような材質である。なお、放熱剤４１としては、絶縁性材料を採用してもよい。

支持部４０が位置する部分には、放熱剤４１は配置されておらず、支持部４０は、分割フェライト板２８と直接接触している。

ここで、分割フェライト板２８の製造過程において、分割フェライト板２８に反りが発生する場合がある。

図８は、反りが発生した分割フェライト板２８と、金属板２４Ａと、その周囲の構成を模式的に示す断面図である。

この図８に示すように、反りが発生した分割フェライト板２８がコイルユニット４内に搭載されたとしても、分割フェライト板２８は、支持壁２１や樹脂板２２から離れている。このため、反りが発生した分割フェライト板２８に大きな荷重が加えられることを抑制されている。さらに、分割フェライト板２８は、３つの支持部４０によって三点支持されており、分割フェライト板２８に金属板２４Ａから大きな荷重が加えられることが抑制されている。

図９は、受電コイル８、分割フェライト板２８および放熱剤４１を示す平面図である。この図９において、ハッチングが施された領域が放熱剤４１が配置された領域である。放熱剤４１は、分割フェライト板２８と受電コイル８とが重なり合う部分に配置されている。

上記のように構成された受電コイル８において、受電コイル８が電力を受電すると、受電コイル８に受電電流が流れる。

図７において、受電コイル８と、金属板２４Ａとは、電気的に接続されていないため、受電コイル８および金属板２４Ａの間で電位差が生じる。受電コイル８および金属板２４Ａの間で電位差が生じたとしても、分割フェライト板２８は支持部４０と接触しているため、分割フェライト板２８の電位は金属板２４Ａと同電位となる。このため、金属板２４Ａおよび分割フェライト板２８との間に絶縁膜などを配置しなくてもよく、部品点数の低減を図ることができる。

受電コイル８に受電電流が流れると、分割フェライト板２８内に磁束が流れる。分割フェライト板２８内に磁束が流れると、分割フェライト板２８の温度が上がり易くなる。

分割フェライト板２８は、支持部４０と直接接触しているため、分割フェライト板２８の熱は支持部４０を通して、金属板２４Ａに放熱され、分割フェライト板２８の温度が高くなることが抑制されている。

仮に、反りが発生した分割フェライト板２８がコイルユニット３に搭載されていたとしても、当該分割フェライト板２８には、周囲の部材から荷重が加えられることが抑制されている。一般に、フェライト板内の内部応力が高くなると、フェライト板の磁気抵抗が高くなる。フェライト板の磁気抵抗が高くなると、フェライト板内を磁束が通ったときの発熱量は高くなる。そして、フェライト板内の温度が高くなると、フェライト板の磁気抵抗が高くなり、益々、フェライト板の温度が高くなる。

その一方において、本実施の形態においては、反りが発生した分割フェライト板２８がコイルユニット３内に組込まれたとしても、当該分割フェライト板２８内の応力が高くなることが抑制されており、当該分割フェライト板２８の温度が高くなることを抑制することができる。

放熱剤４１は分割フェライト板２８と、金属板２４Ａとの間に配置されており、分割フェライト板２８の熱は放熱剤４１を通して、金属板２４Ａに放熱され易く、分割フェライト板２８の温度が高くなることを抑制することができる。放熱剤４１は、ジェル状の材料であるため、反りが発生した分割フェライト板２８が組み込まれたとしても、分割フェライト板２８の形状に沿って変形し、分割フェライト板２８に大きな荷重を加えることが抑制されている。

図９において、受電中において、分割フェライト板２８のうち、受電コイル８と上下方向に重なり合う部分は、他の部分よりも多くの磁束が流れやすい。

一般に、フェライト板内において多くの磁束が流れる部分は、他の部分よりも温度が高くなり易く、フェライト板内において、受電コイルと重なり合う部分の温度が他の部分の温度よりも高くなり易い。このように、分割フェライト板内において局所的に温度が高くなると、フェライト板内で熱応力が発生しやすくなる。フェライト板内の熱応力が大きくなると、フェライト板の磁気抵抗が高くなり、フェライト板の温度上昇が促進される。

その一方で、本実施の形態においては、放熱剤４１は、分割フェライト板２８および受電コイル８が互いに重なり合う部分に配置されている。このため、分割フェライト板２８において、受電コイル８と重なり合う部分の温度が上昇することが抑制されている。その結果、分割フェライト板２８内において、局所的に温度が高い部分が生じることを抑制することができ、分割フェライト板２８の温度が高くなることを抑制することができる。なお、上記の実施の形態において、放熱剤４１が設けられた例について説明したが、放熱剤４１は、必須の構成ではない。また、受電側のコイルユニット４の構成について説明したが、コイルユニット４と同様の構成を送電側のコイルユニット３にも適用することができる。

なお、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は上記した説明ではなく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全ての変更が含まれることが意図される。

１ 非接触充電システム、２ 車両、３，４ コイルユニット、５，１４ 共振器、６ 整流器、７ バッテリ、８ 受電コイル、９，１３ コンデンサ、１０ 電源、１１ 変換装置、１２ 送電コイル、２０ 樹脂カバー、２１ 支持壁、２２ 樹脂板、２３ フェライト板、２４Ａ，２４Ｂ 金属板、２５ 基板、２６ 樹脂ケース、２７ 金属ケース、２８ 分割フェライト板、２９ 電気機器、３０ ケース、３５ 切欠部、３６ 角フェライト、４０ 支持部、４１ 放熱剤、４２ クッション材、Ｏ１ 巻回軸。

Claims (2)

1. 複数の分割フェライト板を含み、厚さ方向に配列する第１主表面および第２主表面を含むフェライト板と、
   前記第１主表面に配置されたコイルと、
   前記第２主表面に配置された金属板と、
   を備え、
   前記金属板には、前記複数の分割フェライト板を支持する支持部が形成されており、
   前記複数の分割フェライト板の各々は、３つの前記支持部によって支持された、コイルユニット。
2. 前記複数の分割フェライト板の各々と、前記金属板との間に配置された放熱剤をさらに備えた、請求項１に記載のコイルユニット。

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