JP2019033617A - コイルユニット - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂製のコイル収容部と、コイル収容部に隣接して配置される金属製の格納部とを備えるコイルユニットにおいて、コイル収容部の内部をセンサ基板の配置スペースとして有効に活用しつつ、電磁界の影響によるセンサ基板の誤作動を生じ難くする。【解決手段】コイルユニット４は、コイル１６と、コイルを収容する樹脂製のコイル収容部４１と、コイル収容部に隣接して配置された金属製の格納ケース８０と、コイル収容部の内部に配置されるセンサ基板３７とを備える。センサ基板は、コイル収容部におけるコイルの中央よりも格納ケースに近い領域に配置される。【選択図】図４

Description

本開示は、コイルユニットに関し、特に、送電装置から受電装置へ非接触で電力を伝送する電力伝送システムに用いられるコイルユニットに関する。

特開２０１６−１１６３１４号公報（特許文献１）には、送電装置から受電装置へ非接触で電力を伝送する電力伝送システムに用いられるコイルユニットが開示されている。このコイルユニットは、コイルと、コイルを収容する樹脂製のコイル収容部と、コイル収容部に隣接して配置された金属製の格納ケースとを備える。格納ケースの内部には、電気機器が格納される。

特開２０１６−１１６３１４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

特許文献１に開示されたコイルユニットにおいて、金属製の格納ケースの内部には、樹脂製のコイル収容部の内部に比べて、コイルから生じる電磁界が侵入し難い。そのため、格納ケースの内部に格納される電気機器は、コイルから生じる電磁界の影響を受け難い。

しかしながら、格納ケースの内部にすべての電気機器を配置しようとすると、格納ケースが大きくなり、コイルユニットが大型化し得る。一方で、電気機器の一部を樹脂製のコイル収容部にも収容すると、その電気機器が電磁界の影響を強く受け誤作動の原因となることが懸念される。

本開示は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、樹脂製のコイル収容部と、コイル収容部に隣接して配置される金属製の格納部とを備えるコイルユニットにおいて、コイル収容部の内部を電気機器の配置スペースとして有効に活用しつつ、電磁界の影響による電気機器の誤作動を生じ難くすることである。

本開示によるコイルユニットは、コイルと、コイルを収容する樹脂製のコイル収容部と、コイル収容部に隣接して配置される金属製の格納部と、コイル収容部の内部に配置される電気機器とを備える。電気機器は、コイル収容部における、コイルの中央よりも格納部に近い領域に配置される。

上述の課題について検討していたところ、本願の発明者等は、樹脂製のコイル収容部の内部であっても、金属製の格納部側は磁束がコイル収容部の上部あるいは下部まで影響しづらいことを見出した。

この点に鑑み、上記構成によるコイルユニットにおいては、電気機器が、コイル収容部における、コイルの中央よりも格納部に近い領域に配置される。このような配置により、樹脂製のコイル収容部内に電気機器を収納しても、その電気機器が磁束の影響を受け難い状態となる。その結果、樹脂製のコイル収容部の内部を電気機器の配置スペースとして有効に活用しつつ、電磁界の影響による電気機器の誤作動を生じ難くすることができる。

コイルユニットが適用される電力伝送システムの全体図である。 電力伝送システムの電気的な構成を示した図である。 コイルユニットの分解斜視図である。 コイルユニットを上部から見た透視図（その１）である。 コイルユニットを上部から見た透視図（その２）である。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下では、複数の実施の形態について説明するが、各実施の形態で説明された構成を適宜組合わせることは出願当初から予定されている。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

図１は、本開示の実施の形態に従うコイルユニットが適用される電力伝送システム１の全体図である。以下では、車両外部の送電設備から車両へ非接触で電力を伝送する電力伝送システム１にコイルユニットが適用される場合について代表的に説明するが、本開示に従うコイルユニットは、車両用の電力伝送システムに適用が限定されるものではなく、その他の電力伝送システムにも適用可能である。また、以下では、図１中に示される矢印Ｕ方向を「上方」や「上面」等と称し、矢印Ｄ方向を「下方」や「下面」等と称する場合がある。

電力伝送システム１は、車両２と、送電用のコイルユニット３とを備える。コイルユニット３は、地面に設置される。車両２は、受電用のコイルユニット４と、蓄電装置５とを含む。蓄電装置５は、車両２のフロアパネル６の下面に配置される。コイルユニット４は、蓄電装置５のケース（金属製）の下面に取付けられる。

送電用のコイルユニット３は、電源部８から電力の供給を受ける。電源部８は、交流電源７（たとえば商用系統電源）から電力を受け、所定の伝送周波数を有する交流電力を生成してコイルユニット３へ供給する。コイルユニット３は、車両２のコイルユニット４がコイルユニット３に対向するように車両２の位置合わせが行なわれた状態において、コイルユニット４へ磁界を通じて非接触で送電するように構成される。

受電用のコイルユニット４は、コイルユニット４がコイルユニット３に対向するように車両２の位置合わせが行なわれた状態において、コイルユニット３から磁界を通じて非接触で送電される電力を受電するように構成される。コイルユニット４により受電された電力は、蓄電装置５に蓄えられる。

図２は、図１に示した電力伝送システム１の電気的な構成を示した図である。送電用のコイルユニット３は、フィルタ回路２４と、共振回路２１とを含む。フィルタ回路２４は、電源部８と共振回路２１との間に設けられ、電源部８から発生する高調波ノイズを抑制する。フィルタ回路２４は、たとえば、インダクタおよびキャパシタを含むＬＣ回路によって構成される。

なお、電源部８は、たとえば、力率改善（ＰＦＣ（Power Factor Correction））回路と、ＰＦＣ回路から受ける直流電力を、所定の伝送周波数（たとえば数十ｋＨｚ）を有する交流電力に変換するインバータとを含んで構成される。

共振回路２１は、コイル２３と、キャパシタ２２とを含む。キャパシタ２２は、コイル２３に直列に接続されてコイル２３と共振器を形成する。コイル２３およびキャパシタ２２によって構成される共振器の共振強度を示すＱ値は、１００以上であることが好ましい。なお、キャパシタ２２は、コイル２３に並列に接続されてもよいし、コイル２３のみで所望の共振状態が形成される場合には、キャパシタ２２を設けなくてもよい。

車両２は、受電用のコイルユニット４と、リレー１５と、蓄電装置５とを含む。コイルユニット４は、共振回路１１と、機器１０とを含む。機器１０は、フィルタ回路１２と、整流回路１４とを含む。

共振回路１１は、コイル１６と、キャパシタ１７とを含む。キャパシタ１７は、コイル１６に直列に接続されてコイル１６と共振器を形成する。コイル１６およびキャパシタ１７によって構成される共振器のＱ値も、１００以上であることが好ましい。なお、キャパシタ１７についても、コイル１６に並列に接続されてもよいし、コイル１６のみで所望の共振状態が形成される場合には、キャパシタ１７を設けなくてもよい。

フィルタ回路１２は、共振回路１１と整流回路１４との間に設けられ、共振回路１１による受電時に発生する高調波ノイズを抑制する。フィルタ回路１２は、たとえば、インダクタおよびキャパシタを含むＬＣ回路によって構成される。整流回路１４は、共振回路１１によって受電された交流電力を整流して蓄電装置５へ出力する。整流回路１４は、整流器とともに平滑用のキャパシタを含んで構成される。

蓄電装置５は、車両２の駆動力を発生するための高電圧系の電力を蓄える再充電可能な直流電源である。蓄電装置５は、たとえばリチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池を含んで構成される。蓄電装置５は、コイルユニット４による受電中に整流回路１４から出力される電力を蓄える。そして、蓄電装置５は、その蓄えられた電力を図示しない動力生成装置へ供給する。

リレー１５は、整流回路１４と蓄電装置５との間に設けられる。リレー１５は、コイルユニット４による受電時にオン（導通状態）にされる。リレー１５は、たとえば蓄電装置５のケース内に設けられる。

この電力伝送システム１においては、電源部８からコイルユニット３へ所定の伝送周波数を有する交流電力が供給される。コイルユニット３および車両２のコイルユニット４の各々は、コイルとキャパシタとを含み、伝送周波数において共振するように設計されている。電源部８からコイルユニット３へ交流電力が供給されると、コイルユニット３のコイル２３と車両２のコイルユニット４のコイル１６との間に形成される磁界を通じて、コイルユニット３からコイルユニット４へエネルギー（電力）が移動する。そして、コイルユニット４へ移動したエネルギー（電力）は、機器１０を通じて蓄電装置５へ供給される。

図３は、コイルユニット４の分解斜視図である。図４は、コイルユニット４を上部から見た透視図である。図３および図４を用いて、本実施の形態に従うコイルユニットの構成について詳細に説明する。なお、本実施の形態では、受電用のコイルユニット４について代表的に説明される。なお、本実施の形態に従うコイルユニット４の特徴部分（特にセンサ基板３７の配置）は、送電用のコイルユニット３にも適用され得るものである。

コイルユニット４は、ケース３０と、コイル１６と、フェライト板３４と、金属板３５と、センサ基板３７と、格納ケース８０とを含む。

ケース３０は、樹脂によって構成され、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る。

アンダーカバー３１は、下壁３８と、側壁３９と、隔壁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。隔壁４０は、下壁３８の上面から上方に立ち上がるように形成されている。ケース３０の内部は、隔壁４０によって、コイル１６、フェライト板３４、金属板３５、およびセンサ基板３７が収容されるコイル収容部４１と、格納ケース８０が収容されるケース収納部４２とに隔てられる。

コイル１６は、インサート成形によってアンダーカバー３１と一体的に形成され、下壁３８内に埋め込まれている。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渦巻状に巻回することで形成される、平板コイルである。コイル１６の中央部には、中空部が形成されている。図３に示す例では、コイル１６に渦巻状の平板コイルが採用されているが、コイル１６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３４は、アンダーカバー３１の下壁３８の上面に配置される。このフェライト板３４は、コイル１６のコア（フェライトコア）として設けられる。フェライト板３４は、板状に形成されており、コイル載置面５０と、背面５１とを含む。コイル載置面５０側には、コイル１６が配置される。背面５１側には、金属板３５が配置される。

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等の金属によって構成される。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。

センサ基板３７は、コイル１６から蓄電装置５に供給される電力を検出するための電圧センサおよび電流センサなど（いずれも図示せず）の信号処理を行なう低電圧系の回路が配置された基板である。センサ基板３７は、金属板３５の上面５３に配置されている。センサ基板３７は、板状に形成されており、下面７５および上面７６を含む。

格納ケース８０は、センサ基板３７の横（コイル１６の外周側）に配置されている。格納ケース８０には、フィルタ回路１２や整流回路１４など、コイル１６と蓄電装置５との間に接続される高電圧系の電気機器の一部が格納される。格納ケース８０は、コイル１６から生じる電磁界が内部に侵入するのを防止するために、たとえば、アルミニウムまたはアルミニウム合金等の金属によって構成される。格納ケース８０は上面８１を含む。

アッパーカバー３２はセンサ基板３７の上面７６側および格納ケース８０の上面８１側に配置される。アッパーカバー３２がアンダーカバー３１と組み合わされることによって、ケース３０の内部に、コイル収容部４１とケース収納部４２とが形成される。

アッパーカバー３２は、上壁７７を含む。このコイルユニット４は、上壁７７の上面において、蓄電装置５のケース（図示せず）の下面に取付けられる。

＜センサ基板３７の配置＞
本実施の形態に従うコイルユニット４には、軽量性の観点等から、樹脂製のケース３０が採用される。しかしながら、送電用のコイルユニット３から受電用のコイルユニット４への電力伝送中において、樹脂製のケース３０の内部には、コイル１６から生じる電磁界が侵入し得る。特に、コイル１６の上部および下部は磁界強度が大きい。そのため、樹脂製のコイル収容部４１の内部に無造作にセンサ基板３７を配置すると、センサ基板３７が磁界強度の影響を受け、誤動作の原因となり得る。

上記の問題に関し、本願の発明者等は、樹脂製のコイル収容部４１の内部であっても、金属製の格納ケース８０側は磁束がコイル収容部４１の上部あるいは下部まで侵入し難いことを見出した。

そこで、本実施の形態に従うコイルユニット４においては、図４に示すように、センサ基板３７が、コイル収容部４１における、コイル１６の中央を通る中央線Ｌ１よりも格納ケース８０に近い領域に配置されている。このような配置により、樹脂製のコイル収容部４１内にセンサ基板３７を収納しても、センサ基板３７が磁束の影響を受け難い状態となる。その結果、樹脂製のコイル収容部４１の内部をセンサ基板３７の配置スペースとして有効に活用しつつ、電磁界の影響によるセンサ基板３７の誤作動を生じ難くすることができる。

＜センサ基板３７の配置の変形例＞
上述の実施の形態においては、コイル収容部４１における、コイル１６の中央線Ｌ１よりも格納ケース８０に近い領域にセンサ基板３７の全部が配置される例が示されているが、必ずしもセンサ基板３７の全部が当該領域に含まれていなくてもよい。

図５は、本変形例に従うコイルユニット４Ａを上部から見た透視図である。図５に示すように、本変形例に従うコイルユニット４Ａは、センサ基板３７Ａを含む。センサ基板３７Ａの大部分は、コイル収容部４１における中央線Ｌ１よりも格納ケース８０に近い領域に含まれているが、センサ基板３７Ａの一部分は、コイル収容部４１における中央線Ｌ１よりも格納ケース８０から遠い領域に含まれている。

このような配置においても、センサ基板３７Ａの大部分が磁束の影響を受け難い状態となる。そのため、コイル収容部４１の内部をセンサ基板３７Ａの配置スペースとして有効に活用しつつ、電磁界の影響によるセンサ基板３７Ａの誤作動を生じ難くすることができる。

今回開示された各実施の形態は、技術的に矛盾しない範囲で適宜組合わせて実施することも予定されている。そして、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 電力伝送システム、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 交流電源、８ 電源部、１０ 機器、１１，２１ 共振回路、１２，２４ フィルタ回路、１４ 整流回路、１５ リレー、１６，２３ コイル、１７，２２ キャパシタ、３０ ケース、３１ アンダーカバー、３２ アッパーカバー、３４ フェライト板、３５ 金属板、３７，３７Ａ センサ基板、３８ 下壁、３９ 側壁、４０ 隔壁、４１ コイル収容部、４２ ケース収納部、５０ コイル載置面、５１ 背面、８０ 格納ケース。

Claims (1)

1. コイルと、
   前記コイルを収容する樹脂製のコイル収容部と、
   前記コイル収容部に隣接して配置される金属製の格納部と、
   前記コイル収容部の内部に配置される電気機器とを備え、
   前記電気機器は、前記コイル収容部における、前記コイルの中央よりも前記格納部に近い領域に配置される、コイルユニット。

Images