JP2019134139A - コイルユニット - Google Patents

Abstract

【課題】フェライト板を支持または固定する構造を含むコイルユニットにおいて、フェライト板の温度上昇の抑制が図られたコイルユニットを提供する。【解決手段】コイルユニットは、厚さ方向に間隔をあけて位置する第１主表面および第２主表面を含むフェライト板４７と、第１主表面および第２主表面を通る巻回軸線の周囲を取り囲むように形成されると共に、第１主表面に配置されたコイル１７と、フェライト板４７を支持する支持部８０とを備え、フェライト板４７には、支持部８０が入り込む挿入部８０が形成されており、フェライト板４７はコイル１７から張り出すように形成されており、挿入部８０およびコイル１７を平面視すると、挿入部８０は、挿入部８０の少なくとも一部がコイル１７と重ならないように形成された。【選択図】図６

Description

本開示は、コイルユニットに関する。

従来から送電側コイルユニットから受電側コイルユニットに非接触で電力を送電する非接触送電システムが各種提案されている（特許文献１〜５）。

特開２０１７−１２６５９６号公報に記載された送電側コイルユニットは、フェライト板と、フェライト板の上面に配置された送電コイルとを含む。

コイルは、中空状の平板コイルが採用されている。具体的には、コイルは、上下方向に延びる巻回軸線の周囲を取り囲むように形成されており、コイルの中央部には中空部が形成されている。

フェライト板は板状に形成されており、フェライト板は、４つの角部と、各角部間に位置する切欠部とを含む。このように形成されたフェライト板を用いると、送電時に、各角部を通る磁束量を増やすことができ、結果として、受電側コイルユニットとの結合係数を高めることができる。

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２０１７−１２６５９６号公報

上記のコイルユニットにおいて、送電時にコイルに交流電流が流れ、フェライト板内を磁束が流れる。この際、フェライト板内の磁束密度は、コイルの下方に位置する部分において高くなる。

その一方で、フェライトを固定するために、たとえば、フェライト板に貫通孔を形成して、この貫通孔にボスなどを挿入することが考えられる。

フェライト板において、貫通孔が形成された部分においては、磁束の流通することができる面積が小さくなる。そのため、貫通孔をコイルの下方に形成すると、フェライト板のうち磁束密度が高い部分において、磁束の流通することができる面積が小さくなることになり、磁束密度がさらに高くなる。

磁束密度が高くなると、当該部分の温度が高くなり、温度が高くなると磁気抵抗が高くなる。磁気抵抗が高くなると、さらに、温度が高くなる。

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、フェライト板を支持または固定する構造を含むコイルユニットにおいて、フェライト板の温度上昇の抑制が図られた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、厚さ方向に間隔をあけて位置する第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主表面および前記第２主表面を通る巻回軸線の周囲を取り囲むように形成されると共に、前記第１主表面に配置されたコイルと、前記フェライト板を支持する支持部とを備える。上記フェライト板には、前記支持部が入り込む挿入部が形成されており、前記フェライト板は前記コイルから張り出すように形成されており、前記挿入部および前記コイルを平面視すると、前記挿入部は、前記挿入部の少なくとも一部が前記コイルと重ならないように形成された。

上記のコイルユニットにおいては、フェライト板のうち、挿入部の周囲を流れる磁束量は少ない。そのため、挿入部を形成することで、磁束が流れる流路面積が小さくなったとしても、磁束密度が高くなることを抑制することができる。その結果、フェライト板のうち、挿入部の周囲に位置する部分において、温度が高くな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、フェライト板を支持または固定することができと共に、フェライト板の温度上昇の抑制を図ることができる。

非接触送電システム１を模式的に示す模式図である。 非接触送電システム１を模式的に示す回路図である。 コイルユニット４を模式的に示す分解斜視図である。 アンダーカバー３１を示す平面図である。 アンダーカバー３１にフェライト板３４を配置した状態を示す平面図である。 図５の一部の構成を拡大視した平面図である。 図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線における断面図である。 挿入部８０の形成位置の第１変形例を示す断面図である。 挿入部８０の形成位置の第２変形例を示す断面図である。 受電時における受電コイル１６および分割フェライト板４７を示す断面図である。 受電時における分割フェライト板４６，４７内における磁束密度分布を模式的に示す平面図である。

図１から図１１を用いて、本実施の形態に係るコイルユニットについて説明する。図１から図１１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。

図１は、非接触送電システム１を模式的に示す模式図である。非接触送電システム１は、車両２に設けられた受電用のコイルユニット３と、送電用のコイルユニット４とを備える。

車両２は、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の下面に配置されている。コイルユニット４は、蓄電装置５の下面に配置されている。

図２は、非接触送電システム１を模式的に示す回路図である。コイルユニット４は、共振回路１０と、フィルタ１１と、変換器１２とを含む。共振回路１０は、受電コイル１６と、キャパシタ１７とを含む。受電コイル１６およびキャパシタ１７は、互いに直列に接続されている。共振回路１０のＱ値は、たとえば、１００以上である。

フィルタ１１は、たとえば、ＬＣフィルタである。変換器１２は、交流電力を直流電力に変換する整流器である。

コイルユニット３は、共振回路２０と、フィルタ２１と、変換器２２とを含む。共振回路２０は、送電コイル２３およびキャパシタ２４を含む。送電コイル２３およびキャパシタ２４は互いに直列に接続されている。共振回路２０のＱ値は、たとえば、１００以上である。フィルタ２１は、たとえば、ＬＣフィルタである。変換器２２はインバータを含む。

上記のように構成された非接触送電システム１において、コイルユニット３からコイルユニット４に電力を送電する場合について簡単に説明する。

電源７から変換器２２に交流電力が供給される。変換器２２は、供給された交流電力の電圧を昇圧し、さらに、たとえば、周波数を８５ｋＨｚ程度にする。フィルタ２１は変換器２２から供給された交流電流からノイズを除去して、共振回路２０に供給する。共振回路２０に交流電力が供給されると、送電コイル２３の周囲に電磁界が形成される。

共振回路２０の周囲に形成された電磁界が受電コイル１６に達すると、受電コイル１６に交流電流である受電電流が流れる。フィルタ１１は、共振回路１０から供給される交流電力からノイズを除去して変換器１２に供給する。変換器１２は、供給された交流電力を直流電力に変換して、蓄電装置５に供給する。

次に、コイルユニット４の構成について説明する。図３は、コイルユニット４を模式的に示す分解斜視図である。

コイルユニット４は、収容ケース３０と、受電コイル１６と、フェライト板３４と、シールド板３５と、基板３６と、フィルタ１１と、変換器１２と、キャパシタ１７とを含む。

収容ケース３０は、アンダーカバー３１およびアッパーカバー３２を含む。アッパーカバー３２は、ボルト３７によって蓄電装置５のケースに固定されている。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、樹脂蓋４０および金属蓋４１を含む。樹脂蓋４０および金属蓋４１は、車両２の幅方向に隣り合うように配置されている。

樹脂蓋４０およびアッパーカバー３２の間に、フェライト板３４と、シールド板３５と、基板３６とが配置されている。金属蓋４１およびアッパーカバー３２の間のフィルタ１１および変換器１２が配置されている。

樹脂蓋４０は、底板４２と、周壁部４３と、保持部材４４とを含む。底板４２は、平板状に形成されている。周壁部４３は、底板４２の外周縁部から上方に延びるように形成されており、底板４２の外周に沿って環状に形成されている。保持部材４４は、底板４２の上面に形成されている。なお、保持部材４４は、後述するように複数の支持部を含む。

なお、樹脂蓋４０は、樹脂によって形成されており、保持部材４４も樹脂によって形成されている。

受電コイル１６は、底板４２内に埋め込まれている。受電コイル１６は、上下方向に延びる巻回軸線Ｏ１の周囲を取り囲むように形成されている。なお、受電コイル１６の中央部には、中空部３８が形成されている。

フェライト板３４は、底板４２の上面に配置されている。フェライト板３４は、板状に形成されており、下面５０（第１主表面）および上面（第２主表面）５１を含む。下面５０および上面５１は、フェライト板３４の厚さ方向に間隔をあけて配置されている。なお、受電コイル１６の巻回軸線Ｏ１は、下面５０および上面５１を通るように配置されており、受電コイル１６は、フェライト板３４の下面５０に配置されている。

フェライト板３４は、複数の角部３９を含み、各角部３９の間には、切欠部４９が形成されている。フェライト板３４の中央部には、中空部３３が形成されている。

なお、この図３に示す例においては、フェライト板３４は、複数の角フェライト板４５を含み、各角フェライト板４５は巻回軸線Ｏ１の周囲を取り囲むように環状に配置されている。切欠部４９は、隣り合う角部３９の間に形成されている。

各角フェライト板４５は、分割フェライト板４６および分割フェライト板４７を含み、分割フェライト板４６および分割フェライト板４７の間には、隙間４８が形成されている。隙間４８は、中空部３３からフェライト板３４の外周に達しており、各隙間４８は巻回軸線Ｏ１を中心として放射状に延びるように形成されている。

シールド板３５は、フェライト板３４の上面５１に配置されている。シールド板３５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形成されている。シールド板３５は、下面５２および上面５３を含む。

基板３６は、シールド板３５の上面５３に配置されている。基板３６には、キャパシタ１７が形成されている。キャパシタ１７は、たとえば、複数のセラミックコンデンサによって形成されている。

図４は、アンダーカバー３１を示す平面図であり、図５は、アンダーカバー３１にフェライト板３４を配置した状態を示す平面図である。図４および図５に示すように、各分割フェライト板４６，４７は保持部材４４によって支持されている。

図６は、図５の一部の構成を拡大視した平面図である。この図６に示すように、分割フェライト板４７は、内辺７０と、傾斜辺７１と、側辺７２と、外辺７３と、側辺７４とを含む。

側辺７４は、受電コイル１６のコイル線が延びる方向に対して、垂直または実質的に垂直な方向に延びるように形成されている。側辺７４には、挿入部８０が形成されている。挿入部８０は、凹むように形成されている。

外辺７３は、フェライト板３４の角部３９の一部を形成している。側辺７２は、側辺７４と平行に延びるように形成されており、切欠部４９の内周縁部の一部を形成している。内辺７０は、中空部３３の内周縁部の一部を形成している。傾斜辺７１は、内辺７０および側辺７２を接続するように形成されている。

分割フェライト板４６は、分割フェライト板４７と対称的に形成されている。分割フェライト板４６は、内辺７５と、傾斜辺７６と、側辺７７と、外辺７８と、側辺７９とを含む。

側辺７９は、受電コイル１６のコイル線が延びる方向に垂直に延びるように形成されている。側辺７９は側辺７４と平行となるように形成されており、側辺７９および側辺７４によって、隙間４８が形成されている。側辺７９には、挿入部８１が形成されている。挿入部８１は、凹むように形成されており、挿入部８０および挿入部８１は、互いに対向するように形成されている。

外辺７８は、外辺７３と共に角部３９を形成している。側辺７７は、側辺７９と平行となるように形成されており、側辺７７は切欠部４９の内周縁部の一部を形成している。内辺７５は中空部３３の内周縁部の一部を形成している。傾斜辺７６は、側辺７７および内辺７５を接続するように形成されている。

保持部材４４は、分割フェライト板４７，４６を支持する複数の支持部６０，６１，６２，６３，６４，６５，６６を含む。

支持部６１，６２は、側辺７２を支持するように設けられている。支持部６３，６４は、隙間４８に挿入されており、側辺７４および側辺７９を支持するように設けられている。支持部６５，６６は、側辺７７を支持するように設けられている。支持部６０は、挿入部８０から挿入部８１に亘って延びるように形成されており、挿入部８０および挿入部８１に挿入されている。

このように、複数の支持部６０〜６６によって、分割フェライト板４７および分割フェライト板４６が支持されている。

挿入部８０および受電コイル１６を平面視すると、挿入部８０は、挿入部８０の少なくとも一部が受電コイル１６と重ならないように、形成されている。この図６に示す例においては、挿入部８０の一部が受電コイル１６の外周縁部１８よりも外側に位置している。

図７は、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線における断面図である。この図７に示すように、挿入部８０と、受電コイル１６の外周縁部１８とが上下方向に重なりあっている。

なお、挿入部８０の位置としては、上記の例に限られない。図８は、挿入部８０の形成位置の第１変形例を示す。図８に示す例においては、挿入部８０は、受電コイル１６の外周縁部１８よりも外側に位置しており、挿入部８０は外周縁部１８と上下方向に重なっていない。

図９は、挿入部８０の形成位置の第２変形例を示す断面図である。この図９に示す例においては、挿入部８１の外周端と、受電コイル１６の外周縁部１８とが上下方向に一致している。

図７から図９は、「挿入部８０の少なくとも一部が受電コイル１６と重なり合っていない」場合を例示したものである。図７から図９は、挿入部８０が外周縁部１８側に形成された例について説明したが、挿入部８０を受電コイル１６の内周縁部１９側に形成してもよい。なお、図６に示す挿入部８１も挿入部８０と同様に形成されている。

図１０は、受電時における受電コイル１６および分割フェライト板４７を示す断面図である。この図１０において、位置Ｐ１は、分割フェライト板４７のうち、受電コイル１６の幅方向の中央部の上方に位置する。位置Ｐ２は、分割フェライト板４７のうち、外周縁部１８の上方に位置する。位置Ｐ３は、分割フェライト板４７のうち、内周縁部１９の上方に位置する。

受電時には、受電コイル１６に交流電流が流れる。これに伴い、受電コイル１６の周囲には、受電コイル１６を取り囲むように磁束ＭＦ１，ＭＦ２、ＭＦ３が形成される。

なお、磁束ＭＦ１は、受電コイル１６の直近を取り囲むように形成されており、磁束ＭＦ２は、磁束ＭＦ１の外側に形成されている。磁束ＭＦ３は、磁束ＭＦ２の外側に形成されている。そして、各磁束ＭＦ１〜ＭＦ３は、分割フェライト板４７内において、中空部３３側から角部３９に向かう方向、または、角部３９側から中空部３３側に向かう方向に、主に流れる。

この図１０からも明らかなように、位置Ｐ２，Ｐ３を流れる磁束量は、位置Ｐ１を流れる磁束量よりも少ないことが分かる。

図１１は、受電時における分割フェライト板４６，４７内における磁束密度分布を模式的に示す平面図である。図１１において、領域Ｒ１は、最も磁束密度が高い領域を示す。領域Ｒ２、領域Ｒ３、領域Ｒ４に向かうにつれて、順次、磁束密度が低い領域を示す。

分割フェライト板４６，４７において、受電コイル１６の幅方向の中央部の下方から、外周縁部１８側に向かうにつれて、磁束密度が小さくなることが分かる。同様に、内周縁部１９側に向かうにつれて、磁束密度が小さくなることが分かる。

ここで、挿入部８０，８１が形成された部分においては、挿入部８０，８１によって、磁束が流れる流路面積が小さくなっている。その一方で、図１０において説明したように、位置Ｐ２を流れる磁束量は少ない。

その結果、図１１からも明らかなように、分割フェライト板４７のうち、挿入部８０，８１の周囲における磁束密度は、位置Ｐ３における磁束密度よりも低いことが分かる。

そのため、分割フェライト板４７，４６のうち挿入部８０，８１の周囲に位置する部分の温度が高くなることが抑制されている。

このように、挿入部８０，８１の周囲の温度が高くなることを抑制することができ、温度上昇に伴う、磁気抵抗の上昇をも抑制することができる。

上記の実施の形態においては、挿入部８０，８１は、側辺７４，７９に凹みを形成することで形成されているが、貫通孔を形成するようにしてもよい。すなわち、「挿入部」とは、切欠部および貫通孔のいずれも含むものである。

なお、本実施の形態においては、受電側のコイルユニット３について説明したが、送電側のコイルユニット４にも適用することもできる。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。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、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。さらに、上記数値などは、例示であり、上記数値および範囲にかぎられない。

１ 非接触送電システム、２ 車両、３，４ コイルユニット、５ 蓄電装置、６ フロアパネル、７ 電源、１０，２０ 共振回路、１１，２１ フィルタ、１２，２２ 変換器、１６ 受電コイル、１７，２４ キャパシタ、１８ 外周縁部、１９ 内周縁部、２３ 送電コイル、３０ 収容ケース、３１ アンダーカバー、３２ アッパーカバー、３３，３８ 中空部、３４ フェライト板、３５ シールド板、３６ 基板、３７ ボルト、３９ 角部、４０ 樹脂蓋、４１ 金属蓋、４２ 底板、４３ 周壁部、４４ 保持部材、４５ 角フェライト板、４６，４７ 分割フェライト板、４８ 隙間、４９ 切欠部、５０，５２ 下面、５１，５３ 上面、６０，６１，６２，６３，６４，６５，６６ 支持部、７０，７５ 内辺、７１，７６ 傾斜辺、７２，７４，７７，７９ 側辺、７３，７８ 外辺、８０，８１ 挿入部、ＭＦ１，ＭＦ２，ＭＦ３ 磁束、Ｏ１ 巻回軸線、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３ 位置、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４ 領域。

Claims (1)

1. 厚さ方向に間隔をあけて位置する第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主表面および前記第２主表面を通る巻回軸線の周囲を取り囲むように形成されると共に、前記第１主表面に配置されたコイルと、
   前記フェライト板を支持する支持部と、
   を備え、
   前記フェライト板には、前記支持部が入り込む挿入部が形成されており、
   前記フェライト板は前記コイルから張り出すように形成されており、
   前記挿入部および前記コイルを平面視すると、前記挿入部は、前記挿入部の少なくとも一部が前記コイルと重ならないように形成された、コイルユニット。

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