JP2019009161A - コイルユニット - Google Patents
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Abstract
【課題】機器が搭載されたコイルユニットにおいて、体格が大きくなることを抑制することができると共に、効率向上が図られたコイルユニットを提供する。【解決手段】コイルユニット4は、コイル載置面52と、コイル載置面52の反対側に位置する背面51とを有するフェライト板34と、フェライト板34のコイル載置面52側に配置されたコイル16と、フェライト板34の背面51側に配置された機器12,13と、フェライト板34と機器12,13との間に冷媒を流す冷却装置36とを備える。【選択図】図2
Description
本開示は、コイルユニットに関する。
従来から受電装置や送電装置などのコイルユニットを冷却する冷却装置を備えたコイルユニットが知られている。
特開2013−198356号公報に記載された受電側のコイルユニットは、コイルと、冷却装置とを備える。受電側のコイルユニットは、車両に搭載された整流器に接続されており、整流器は、蓄電装置に接続されている。冷却装置は、コイルに向けて冷却風を送風する冷却ファンである。
送電側のコイルユニットは、コイルと、冷却装置とを備える。送電側のコイルユニットは電源部に接続されており、電源部は電源に接続されている。
特開2013−198356号公報に記載された受電側のコイルユニットを車両に搭載するには、車両内において、整流器などを蓄電装置に接続し、この整流器に受電側のコイルユニットを接続することになる。
しかし、上記の構成によれば、車両内において、整流器などを搭載するスペースを車内に確保する必要が生じる。さらに、たとえば、受電側のコイルユニットを後付けする場合には、整流器などの機器を車両内に後から取り付ける必要が生じる。
そこで、上記のような各種の弊害を回避するために、整流器などの機器が組み込まれた受電側のコイルユニットが検討されている。
その一方で、各種機器も組み込まれたコイルユニットにおいても、コイルユニットの体格が大きくなることを抑制すると共に、コイルユニット内の冷却を確保する必要がある。
なお、受電側のコイルユニットにおいて説明したが、送電側のコイルユニットにおいても同様の課題がある。
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、機器が搭載されたコイルユニットにおいて、体格が大きくなることを抑制することができると共に、コイルユニット内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ことである。
本開示に係るコイルユニットは、コイル載置面と、コイル載置面の反対側に位置する背面とを有するフェライト板と、フェライト板のコイル載置面側に配置されたコイルと、フェライト板の背面側に配置された機器と、フェライト板と機器との間に冷媒を流す冷却装置とを備える。
上記の構成によれば、冷却装置からの冷媒は、機器とフェライト板との間を通るため、フェライト板および機器の両方を冷却することができる。コイルは、フェライト板のコイル載置面に配置されているため、フェライト板を通して、コイルも冷却することができる。
このように、コイルと、フェライト板と、機器とを一括して冷却することができるのでで、各部材を個別的に冷却した場合と比較して、コイルユニットの体格を小さく抑えることができる。
本開示に係るコイルユニットによれば、コイルユニットの体格が大きくなることを抑制することができると共に、コイルユニット内を良好に冷却することができる。
図1から図9を用いて、本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。図1から図9に示す構成のうち、同一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重複した説明を省略する場合がある。
図1は、非接触充電システム1を模式的に示す模式図であり、図2は、非接触充電システム1を模式的に示すブロック図である。
非接触充電システム1は、車両2と、コイルユニット3と、変換器20と、電源7とを備える。
車両2は、蓄電装置5と、コイルユニット4とを備える。蓄電装置5は、車両2のフロアパネル6の下面に配置されている。フロアパネル6は、板状の金属部材であり、車両2の底面を形成する部材である。
コイルユニット4は、機器10と、共振器11とを含む。共振器11は、受電コイル16と、キャパシタ17とを含む。キャパシタ17は、受電コイル16に直列に接続されている。受電コイル16およびキャパシタ17によって、LC共振器が形成されている。このLC共振器のQ値は、100以上である。
機器10は、共振器11および蓄電装置5に電気的に接続されている。機器10は、電力変換器12と、電力変換器13と、フィルタ14と、充電リレー15とを含む。
電力変換器12および電力変換器13は、共振器11の受電コイル16と、フィルタ14とに接続されており、電力変換器12および電力変換器13は、互いに並列になるように接続されている。なお、電力変換器12および電力変換器13は、フィルタ14および充電リレー15を通して、受電コイル16と蓄電装置5との間に電気的に並列となるように接続されている。
フィルタ14は、電力変換器12,13に接続されている。充電リレー15は、フィルタ14に接続されている。充電リレー15は、フィルタ14および蓄電装置5の間に接続されている。電力変換器12および電力変換器13は、具体的には整流器である。
フィルタ14は、複数のコイルおよびキャパシタを含む。充電リレー15は、フィルタ14および蓄電装置5の間を電気的に接続したり、電気的に切断したりするリレーである。充電リレー15は、蓄電装置5内に配置されている。
蓄電装置5は、二次電池またはキャパシタである。蓄電装置5は、フロアパネル6の下面に設けられている。
電源7は変換器20に接続されている。変換器20は、コイルユニット3に接続されている。変換器20は、電源7から供給される交流電力の周波数および電圧を調整してコイルユニット3に供給する。なお、変換器20は、たとえば、インバータおよびコンバータを含む。
コイルユニット3は、フィルタ24と、共振器21とを含む。フィルタ24は、変換器20から供給された交流電力からのノイズを除去して、共振器21に供給する。フィルタ24は、複数のコイルおよび複数のキャパシタを含む。
共振器21は、キャパシタ22と、送電コイル23とを含む。キャパシタ22は、送電コイル23に直列に接続されている。送電コイル23およびキャパシタ22によってLC共振器が形成されている。この共振器のQ値は、100以上である。
上記の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に非接触で電力を送電する際には、まず、変換器20が電源7から供給される交流電力の周波数および電圧を調整して、フィルタ24に供給する。フィルタ24は、供給された交流電力からノイズを除去して、共振器21に電力を供給する。送電コイル23に交流電力が流れることで、送電コイル23の周囲に電磁界が形成される。
送電コイル23の周囲に形成された電磁界から受電コイル16が電力を受電する。受電コイル16が受電した交流電力は、電力変換器12および電力変換器13によって直流電力に変換される。電力変換器12,13は、直流電力をフィルタ14に供給する。フィルタ14は、電力変換器12,13から供給された直流電力からノイズを除去して、充電リレー15に供給する。充電リレー15は、コイルユニット4が受電する際には、フィルタ14および蓄電装置5を接続しており、蓄電装置5に直流電力が供給される。
次に、図3から図5を用いてコイルユニット4の構成について詳細に説明する。
図3は、コイルユニット4を示す分解斜視図であり、図4は、コイルユニット4を示す断面図である。コイルユニット4は、ケース30と、受電コイル16と、フェライト板34と、金属板35と、冷却装置36と、機器10と、基板37とを含む。
図3は、コイルユニット4を示す分解斜視図であり、図4は、コイルユニット4を示す断面図である。コイルユニット4は、ケース30と、受電コイル16と、フェライト板34と、金属板35と、冷却装置36と、機器10と、基板37とを含む。
受電コイル16と、フェライト板34と、金属板35と、冷却装置36と、機器10と、基板37とは、ケース30内に収容されている。
ケース30は、アンダーカバー31と、アッパーカバー32とを含む。アンダーカバー31は、コイルユニット4の下面側に配置されている。アッパーカバー32は、コイルユニット4の上面側に配置されている。アンダーカバー31およびアッパーカバー32は、樹脂などによって形成されている。
アンダーカバー31は、樹脂などによって形成されている。アンダーカバー31は、下壁38と、側壁39と、支持壁40とを含む。側壁39は、下壁38の外周縁部から上方に立ち上がるように形成されている。下壁38の上端には、横方向に張り出すように形成された縁部が形成されている。支持壁40は、下壁38の上面に形成されている。支持壁40は、後述する分割フェライト板46,47の周面を支持するように形成されている。
受電コイル16は下壁38内に埋め込まれており、受電コイル16は下壁38にモールドされている。受電コイル16は、上下方向に延びる巻回軸O1の周囲を取り囲むようにコイル線を巻回することで形成されている。受電コイル16の中央部には中空部が形成されている。この図2に示す例においては、渦巻型の平板コイルが採用されているが、受電コイル16としては各種の形状のコイルを採用することができる。
フェライト板34は、アンダーカバー31の下壁38の上面に配置される。フェライト板34は、板状に形成されている。フェライト板34は、コイルユ載置面50と、背面51とを含む。この図2に示す例においては、コイル載置面50は下面であり、背面51は上面である。コイル載置面50側には、受電コイル16が配置され、背面51側には、金属板35、冷却装置36および機器10などが配置される。
フェライト板34は複数の角部48を含み、各角部48の間には切欠部49が形成されている。フェライト板34は、複数のフェライトピース45を含む。フェライトピース45は、環状に配置されている。各フェライトピース45によって角部48が形成されている。各切欠部49は、隣り合う2つのフェライトピース45によって形成されている。
フェライトピース45は、分割フェライト板46と、分割フェライト板47とを含む。分割フェライト板46,47は、フェライト板34の中央から角部48に向けて延びるように形成されている。
各分割フェライト板46,47が、アンダーカバー31の下壁38の上面に配置されると、分割フェライト板46,47の周面は支持壁40によって支持される。
金属板35は、フェライト板34の背面51側に配置される。金属板35は、たとえば、アルミニウムまたはアルミニウム合金などの金属によって形成されている。金属板35は、板状に形成されており、下面52および上面53を含む。
冷却装置36は、金属板35の上面53に配置されている。冷却装置36は、略板状に形成されている。冷却装置36は、上面66および下面67を含む。
冷却装置36は、冷媒貯留部60と、冷却部61と、案内板62と、冷媒貯留部63とを含み、冷却装置36は、金属板35の上面53に配置されている。
冷却部61は、中空板状に形成されている。冷却部61の一側面には供給口68が形成されており、冷却部61の他側面には、排出口69が形成されている。
冷媒貯留部60は冷却部61の供給口68に接続されている。冷媒貯留部63は冷媒貯留部60に対して反対側に位置する他側面において、排出口69に接続されている。
案内板62は、冷却部61内に配置されている。案内板62は、供給口68から排出口69に向けて延びるように形成されている。
冷媒貯留部60には供給管64が接続されており、供給管64から冷媒貯留部60に冷媒Aが供給される。冷媒貯留部60に供給された冷媒Aは、冷却部61内に供給される。冷却部61内に供給された冷媒Aは、案内板62によって、供給口68側から排出口69に向けて案内される。冷媒Aは、排出口69から冷媒貯留部63内に供給され、排出管65から排出される。なお、排出管65は、図示しないラジエータに接続されており、冷媒Aはラジエータによって冷却され、再度、供給管64に供給される。なお、冷媒Aはポンプによって強制循環させられている。
基板37は、冷却装置36の上面66側に配置されている。基板37は、板状に形成されており、基板37は下面75および上面76を含む。
電力変換器12および電力変換器13は、基板37の下面75に配置されている。フィルタ14は、基板37の上面76に配置されている。
電力変換器12および電力変換器13は、冷却装置36の上面66と基板37の下面75とによって挟まれている。
冷却装置36は、機器10である電力変換器12,13と、受電コイル16との間に配置されている。具体的には、冷却装置36は、機器10である電力変換器12,13と、フェライト板34との間に配置されており、冷却装置36は、フェライト板34および電力変換器12,13の間に冷媒Aを通している。
なお、冷却装置36の上面66側に配置する機器10として、電力変換器12,電力変換器13が示されているが、電力変換器12,13以外にも、他の機器を配置するようにしてもよい。具体的には、フィルタ14のコイルを配置するようにしてもよい。受電時には、フィルタ14のコイルの温度は、フィルタ14のキャパシタよりも高温になりやすいためである。
次に、図5および図6を用いて、送電側のコイルユニット3の構成について説明する。図5は、コイルユニット3を示す分解斜視図であり、図6は、コイルユニット3を示す断面図である。
コイルユニット3は、ケース100と、フェライト板110と、金属板111と、冷却装置112と、基板113と、フィルタ24とを含む。
ケース100は、アッパーカバー101と、アンダーカバー102とを含む。アッパーカバー101は、樹脂などによって形成されている。アンダーカバー102は、金属によって形成されている。たとえば、アルミニウムまたはアルミニウム合金などによって形成されている。
送電コイル23は、アッパーカバー101の上壁123に埋め込まれており、送電コイル23は、上壁123によってモールドされている。送電コイル23は、上下方向に延びる巻回軸O2の周囲を取り囲むようにコイル線を巻回することで形成されている。送電コイル23の中央部には、中空部が形成されている。この図5に示す例においては、渦巻型の平板コイルが採用されているが、送電コイル23としては各種形状のコイルを採用することができる。
フェライト板110は長方形形状に形成されており、フェライト板110は、コイル載置面153および背面152を含む。コイル載置面153には、送電コイル23が配置される。なお、コイル載置面153はフェライト板110の上面であり、背面152はフェライト板110の下面である。
フェライト板110の中央部には、中空部が形成されている。フェライト板110は、複数の角159を含む。隣り合う角159の間には、切欠部158が形成されている。
フェライト板110は、4つの角フェライトピース155と、2つの辺フェライトピース156と、2つの辺フェライトピース157とを含む。
4つの角フェライトピース155は、間隔をあけて環状に配置されている。各角フェライトピース155は、角159を形成している。
角フェライトピース155は、分割フェライト板160および分割フェライト板161を含む。各分割フェライト板160,161は、フェライト板110の中空部から角159に向けて延びるように形成されている。
辺フェライトピース156は、フェライト板110の長手方向に隣り合う角フェライトピース155の間に配置されている。辺フェライトピース156は、フェライト板110の長手方向に配列する複数の分割フェライト板162を含む。
辺フェライトピース157は、フェライト板110の短手方向に隣り合う角フェライトピース155の間に配置されている。辺フェライトピース157は、複数の分割フェライト板163を含む。
切欠部158は、辺フェライトピース157および角フェライトピース155の間と、辺フェライトピース156および角フェライトピース155の間とに形成されている。
金属板111は、フェライト板110の背面152側に配置されている。金属板111は、たとえば、アルミニウムまたはアルミニウム合金などの金属によって形成されている。金属板111は、板状に形成されており、上面151および下面150を含む。
冷却装置112は、金属板111の下面150に配置されている。冷却装置112は、略板状に形成されている。冷却装置112は、上面136および下面137を含む。
冷却装置112は、冷媒貯留部130と、冷却部131と、案内板132と、冷媒貯留部133とを含む。冷却装置112は、金属板111の下面150に配置されている。
冷却部131は、中空板状に形成されている。冷却部131の一側面には供給口138が形成されており、冷却部131の他側面には排出口139が形成されている。
冷媒貯留部130は冷却部131の供給口138に接続されている。冷媒貯留部133は、冷媒貯留部130に対して反対側に位置する他側面において、排出口139に接続されている。
案内板132は、冷却部131内に配置されている。案内板132は、供給口138から排出口139に向けて延びるように形成されている。
冷媒貯留部130には供給管134が接続されており、供給管134から冷媒貯留部130に冷媒Bが供給されている。冷媒貯留部130に供給された冷媒Bは、冷却部131内に供給される。冷却部131内に供給された冷媒Bは、案内板132によって、供給口138から排出口139に向けて案内される。冷媒Bは、排出口139から冷媒貯留部133内に供給され、排出管135から排出される。なお、排出管135は、図示しない放熱器に接続されており、冷媒Bは放熱器によって冷却され、再度、供給管134に供給される。なお、冷媒Bはポンプによって強制循環させられている。
基板113は、冷却装置112の下面137側に配置されている。基板113は、板状に形成されており、基板113は上面125および下面124を含む。
フィルタ24は、キャパシタ126と、機器であるコイル127を含む。コイル127は、基板113の上面125に配置されている。キャパシタ126は、基板113の下面124に配置されている。
このように、冷却装置112は、フェライト板110と、機器であるコイル127との間に配置されている。冷却装置112は、コイル127とフェライト板110との間に冷媒Bを流している。
次に、上記のように構成された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に非接触で電力送電したときの磁束の流れと、各コイルユニット3,4の温度状態について説明する。
図7は、送電時におけるコイルユニット3の一部を示す断面図であり、図8は、受電時におけるコイルユニット4の一部を示す断面図である。
送電コイル23に交流電流が流れると、送電コイル23の周囲に磁束が形成される。送電コイル23の周囲に形成される磁束MFは、送電コイル23の中空部と、フェライト板110と、送電コイル23の外周側とを通る。
フェライト板110の比透磁率は、空気やアルミニウムなどの比透磁率よりも高い。このため、たとえば、送電コイル23よりも上方から送電コイル23の中空部を通るような磁束の殆どは、フェライト板110内を通る。すなわち、磁束MFが、金属板111や冷却装置112側に向かうことが抑制されている。
磁束MFは、磁束MF1と、磁束MF2とを含む。磁束MF1は、フェライト板110内を通ると共に、送電コイル23の周囲を取り囲むように形成されている。
磁束MF2は、フェライト板110内を通り、送電コイル23の外周縁部側および送電コイル23の内周縁部側からコイルユニット4に向かうように形成されている。
図8において、磁束MF2の一部が、受電コイル16と鎖交すると、受電コイル16内に交流電流が流れる。受電コイル16内に交流電流が流れると、受電コイル16の周囲にも磁束MF5が形成される。
磁束MF5と、受電コイル16と鎖交する磁束MF2とは、フェライト板34内を流れる。そして、磁束MF5の一部が、送電コイル23と鎖交する。
このようにして、送電コイル23と、受電コイル16とのいずれにも鎖交する磁束によって、受電コイル16が送電コイル23から非接触で電力を受電する。
次に、コイルユニット3およびコイルユニット4内における温度状態について説明する。図7において、送電コイル23内を交流電流が流れると、送電コイル23の抵抗によって送電コイル23は発熱する。
フェライト板110内を磁束MFが流れると、フェライト板110の磁気抵抗によって、フェライト板110が発熱する。フェライト板110の温度が高くなると、フェライト板110の磁気抵抗が高くなる。フェライト板110の磁気抵抗が大きくなると、フェライト板110の温度が上昇する。
送電時には、フィルタ24のコイル127にも交流電流が流れる。コイル127内を交流電流が流れると、コイル127の温度が高くなる。特に、コイル127がフェライトコアに巻回されているときには、このフェライトコア内に磁束が流れ、フェライトコアの温度が上昇する。
本実施の形態に係るコイルユニット3おいては、フェライト板110と、フィルタ24のコイル127との間に、冷却装置112が配置されている。冷却装置112によって、フェライト板110と、フィルタ24のコイル127との間に冷媒Bが供給されている。
冷却装置112は、コイル127およびフェライト板110を同時に冷却することができる。このため、機器であるコイル127を冷却する冷却装置と、フェライト板110を冷却する冷却装置とを別々に設けた場合と比較すると、コイルユニット3をコンパクトにすることができる。
さらに、フェライト板110が冷却されると、フェライト板110を通して、送電コイル23も冷却される。
このように、本実施の形態に係るコイルユニット3によれば、冷却装置112をフェライト板110と、機器であるコイル127との間に配置することで、コイルユニット3内を効率よく冷却することができると共に、コイルユニット3の体格が大きくなることを抑制することができる。
図8において、受電コイル16内を交流電流が流れると、受電コイル16の抵抗によって受電コイル16は発熱する。
フェライト板34内を磁束MFが流れると、フェライト板34の磁気抵抗によってフェライト板34が発熱する。フェライト板34の温度が高くなると、フェライト板34の磁気抵抗が高くなる。フェライト板34の磁気抵抗が高くなると、フェライト板34の温度が上昇する。
受電時には、電力変換器12,13にも電流が流れる。電力変換器12,13に電流が流れると、電力変換器12,13が発熱する。
本実施の形態に係るコイルユニット4においては、フェライト板34と、電力変換器12,13との間に、冷却装置36が配置されている。冷却装置36によって、フェライト板34と電力変換器12,13との間に冷媒Aが供給されている。
冷却装置36は、フェライト板34および電力変換器12,13を同時に冷却することができる。
このため、機器である電力変換器12,13を冷却する冷却装置と、フェライト板34を冷却する冷却装置とを別々に設けた場合と比較すると、コイルユニット4をコンパクトにすることができる。
さらに、フェライト板34が冷却されると、フェライト板34を通して、受電コイル16も冷却される。
このように、本実施の形態に係るコイルユニット4によれば、冷却装置36をフェライト板34と、機器である電力変換器12,13との間に配置することで、コイルユニット4内を効率よく冷却することができると共に、コイルユニット4の体格が大きくなることを抑制することができる。
図3に示すように、コイルユニット4は、受電コイル16と、フェライト板34と、冷却装置36と、電力変換器12,13とは、上下方向に積層されている。そして、受電コイル16およびフェライト板34の横側には、各種の機器が配置されていない。
図9は、コイルユニット4の他の例を示す断面図である。コイルユニット4Aのケース30は、アンダーカバー31と、アッパーカバー32と、金属カバー41とを含む。
金属カバー41は、アンダーカバー31と隣り合うように設けられている。金属カバー41およびアッパーカバー32によって収容空間42が形成されている。フィルタ14は、収容空間42内に収容されている。
金属カバー41は、アルミニウムまたはアルミニウム合金などによって形成されている。このため、受電時に、フィルタ14に磁束が入射することを抑制することができる。
上記のように構成されたコイルユニット4Aにおいては、受電時に、受電コイル16の周囲に形成される磁束が金属カバー41に入射する場合がある。
金属カバー41に磁束が入射すると、金属カバー41の表面に渦電流が流れる。この渦電流によって電磁界が発生する。この電磁界は、金属カバー41に入射する磁束が少なくなるように分布する。そして、この電磁界によって、受電コイル16に向かう磁束の進行が妨げられ、受電コイル16と鎖交する磁束が少なくなる。
その結果、上記図4に示すコイルユニット4と比較すると、コイルユニット4Aの受電効率は、コイルユニット4の受電効率よりも低くなるおそれがある。換言すれば、コイルユニット4においては、高い受電効率を達成しやすい。
なお、コイルユニット4Aにおいても、冷却装置36は、電力変換器12,13と、フェライト板34との間に配置されており、電力変換器12,13、フェライト板34および受電コイル16を効率的に冷却することができる。
さらに、コイルユニット4Aにおいては、コイルユニット4よりも上下方向の厚さを薄くすることができる。
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と考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて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ことが意図される。
1 非接触充電システム、2 車両、3,4,4A コイルユニット、5 蓄電装置、6 フロアパネル、7 電源、10 機器、11,21 共振器、12,13 電力変換器、14,24 フィルタ、15 充電リレー、16 受電コイル、17,22,126 キャパシタ、20 変換器、23 送電コイル、30,100 ケース、31,102 アンダーカバー、32,101 アッパーカバー、34,110 フェライト板、35,111 金属板、36,112 冷却装置、37,113 基板、38 下壁、39 側壁、40 支持壁、41 金属カバー、42 収容空間、45 フェライトピース、46,47,160,161,162,163 分割フェライト板、48 角部、49,158 切欠部、50,153 置面、51,152 背面、52,67,75,124,137,150 下面、53,66,76,125,136,151 上面、60,63,130,133 冷媒貯留部、61,131 冷却部、62,132 案内板、64,134 供給管、65,135 排出管、68,138 供給口、69,139 排出口、123 上壁、127 コイル、155 角フェライトピース、156,157 辺フェライトピース、159 角、A,B 冷媒、MF,MF1,MF2,MF5 磁束、O1,O2 巻回軸。
Claims (2)
- コイル載置面と、前記コイル載置面の反対側に位置する背面とを有するフェライト板と、
前記フェライト板の前記コイル載置面側に配置されたコイルと、
前記フェライト板の前記背面側に配置された機器と、
前記フェライト板と前記機器との間に冷媒を流す冷却装置と、
を備えた、コイルユニット。 - 蓄電装置を含む車両に搭載されるコイルユニットであって、
前記機器は、前記コイルが受電した交流電力を直流電力に変換して前記蓄電装置に供給する第1電力変換装置および第2電力変換装置を含み、
前記第1電力変換装置と前記第2電力変換装置とは、前記コイルと前記蓄電装置との間に互いに並列に接続された、請求項1に記載のコイルユニット。
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