JP2023041422A - コイルユニット - Google Patents

Abstract

【課題】非接触充電システムに用いるコイルユニットにおいて、装置ケースの強度を向上させると共に低背化を図ることができるコイルユニットを得る。【解決手段】コイルユニット１は、渦巻き状に形成されたコイル２と、コイル２と電気的に接続される複数の回路基板４０と、コイル２及び複数の回路基板４０を収容する装置ケース１０と、を備え、装置ケース１０は、設置面側に開口した筐体を成し、複数の回路基板４０を収容する第１収容空間Ｓ１を有するケース本体２０と、ケース本体２０の開口を塞ぐ第１カバー部材５０と、相手側のコイルユニットと対向するケース本体２０の表面の一部を覆うように配置され、ケース本体２０との間にコイル２を収容する第２収容空間Ｓ２を形成する第２カバー部材６０と、を有している。【選択図】図３

Description

本発明は、電気自動車に搭載されたバッテリを充電する非接触充電システムにおける地上又は電気自動車に配置されるコイルユニットに関する。

近年、電気自動車の車載バッテリに電力を充電する充電方法として、非接触充電システムが注目を集めている。非接触充電システムでは、地上に配置された送電側のコイルユニットと電気自動車に配置された受電側のコイルユニットとの間で電力を伝送し、電気自動車に搭載されたバッテリを充電する。

非接触充電システムに用いるコイルユニットは、地上に配置する場合は車両の乗り上げ等を考慮して強度を確保する必要があり、車両の底面に配置する場合は路面から突出した障害物との衝突や飛び石等を考慮して強度を確保する必要がある。また、これらの障害物との接触を低減させるためには、コイルユニットの低背化を図ることが望ましい。

一方、コイルユニットのケースは、コイル間で発生する磁界を妨げないようにするため、コイルを覆う部分の部材には、金属など強度確保が容易な材料を用いることができない。このため、ケースの一側面を開口させてコイルを収容し、収容したコイルを覆うようにしてケースの開口を塞ぐカバー部材を配置している。

例えば、特許文献１に記載されたコイルユニット（伝送装置）は、地上に配置された状態で、装置上方側に開口した箱状のベース板を備えている。このコイルユニットでは、ベース板の内部に送電コイルが収容され、収容された送電コイルの上方側を樹脂製のカバー部材（樹脂蓋）で覆う構成となっている。

特開２０１７－１２６５９６号公報

上記特許文献１に記載された技術では、ベース板に設けられた開口が、装置の上方側、即ち、車両側のコイルユニットと対向する側に開口している。従って、車両の乗り上げによってコイルユニットの上面に荷重が入力された場合に、強度確保が難しいという課題がある。

また、送電コイルの載置面と同等の大きさにベース板の大きさが設計されているため、電力伝送用のコイルと共に制御用の複数の回路基板を収容すると、高さ方向にケースの厚みが増し、装置の低背化を図ることが難しいという課題がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、非接触充電システムに用いるコイルユニットにおいて、装置ケースの強度を向上させると共に低背化を図ることができるコイルユニットを得ることを目的とする。

本発明に係るコイルユニットは、地上に配置された送電側のコイルユニットと電気自動車に配置された受電側のコイルユニットとの間で電力を伝送し、前記電気自動車に搭載されたバッテリを充電する非接触充電システムにおける地上又は電気自動車に配置されるコイルユニットであって、渦巻き状に形成されたコイルと、前記コイルと電気的に接続される複数の回路基板と、前記コイル及び前記複数の回路基板を収容する装置ケースと、を備え、前記装置ケースは、設置面側に開口した筐体を成し、前記複数の回路基板を収容する第１収容空間を有するケース本体と、前記ケース本体の開口を塞ぐ第１カバー部材と、相手側のコイルユニットと対向する前記ケース本体の表面の一部を覆うように配置され、前記ケース本体との間に前記コイルを収容する第２収容空間を形成する第２カバー部材と、を有する。

本発明に係るコイルユニットによれば、渦巻き状に形成されたコイルと、当該コイルと電気的に接続される複数の回路基板とが装置ケースに収容されている。この装置ケースは、設置面側に開口した筐体を成すケース本体を有し、ケース本体の第１収容空間に複数の回路基板を収容すると共に設置面側の開口を第１カバー部材で塞いでいる。また、ケース本体は、相手側のコイルユニットと対向する表面と、これを覆う第２カバー部材との間に第２収容空間を形成し、第２収容空間にコイルを収容している。従って、ケース本体の開口が相手側のコイルユニットと対向する側面に形成されないため、ケース本体の強度、ひいては、装置ケースの強度を向上させることができる。

また、第２カバー部材がケース本体の表面の一部を覆う構成とされ、第１収容空間の収容面が第２収容空間の収容面よりも大きく設定されている。これにより、複数の回路基板の収容スペースを確保しつつ、設置面に対してケース本体を高さ方向に小型化させることができるため、装置ケースの低背化を図ることができる。

本実施形態に係るコイルユニットの平面側斜視図である。 本実施形態に係るコイルユニットの底面側斜視図である。 本実施形態に係るコイルユニットの分解斜視図である。 （Ａ）には、ケース本体の平面側斜視図が示されており、（Ｂ）には、ケース本体の底面側斜視図が示されている。 本実施形態に係るケース本体の底面図である。 本実施形態に係るケース本体の部分断面図であり、（Ａ）には、図５のＶＩＡ－ＶＩＡ線に沿って切断した断面が示されており、（Ｂ）には、図５のＶＩＢ－ＶＩＢ線に沿って切断した断面が示されている。 本実施形態に係る第２カバー部材を示す斜視図であり、（Ａ）には、平面側斜視図が示されており、（Ｂ）には、底面側斜視図が示されている。 本実施形態に係る第３カバー部材を示す斜視図であり、（Ａ）には、平面側斜視図が示されており、（Ｂ）には、底面側斜視図が示されている。 本実施形態に係るコイルケースを示す斜視図であり、（Ａ）には、コイルケースを平面側から見た分解斜視図が示されており、（Ｂ）には、コイルケースを底面側から見た部分分解斜視図が示されている。 （Ａ）には、第２収容空間に収容される補強板及びセンサ基板の分解斜視図が示されており、（Ｂ）には、図９（Ａ）に示す領域Ｐの拡大図が示されている。 本実施形態に係る第２収容空間の一部を示す部分断面図であり、図１のＸＩ－ＸＩ線に沿った断面が示されている。 本実施形態に係る非接触充電システムの概略図である。 本実施形態に係るコイルユニットを示すブロック図である。

以下、本発明の実施形態に係る非接触充電システム１００と、非接触充電システム１００に用いられるコイルユニット１について図１～図１３を参照して説明する。本実施形態では、説明の便宜上、各図中に適宜示す上下、左右、前後の矢印で示す方向を、それぞれ上下方向、左右方向、前後方向と定義して説明する。また、各図中においては、図面を見易くするため、一部の符号を省略している場合がある。

図１２に示されるように、非接触充電システム１００は、電気自動車やプラグインハイブリッド車等の電気自動車２００を充電するためのシステムである。非接触充電システム１００では、地上に配置された送電側のコイルユニット１Ａと電気自動車２００に配置された受電側のコイルユニット１Ｂとの間で電力を伝送し、電気自動車２００に搭載されたバッテリ３００を充電する。電力の伝送方法は、送電側のコイルユニット１Ａに収容された一次側のコイル２と、受電側のコイルユニット１Ｂに収容された二次側のコイル２とを対向して配置し、コイル間の電磁誘導を利用して電力を伝送する。具体的に、商用電源４００から送電側のコイルユニット１Ａに交流の電力を供給することで一次側のコイル２に誘導電流を流し、磁界を発生させる。発生した磁界は二次側のコイル２に達し、二次側のコイル２に誘導電流が流れることによって電力を伝送する。

以下では、地上に配置された送電側のコイルユニット１Ａを中心に構成を説明する。また、送電側のコイルユニット１Ａと受電側のコイルユニット１Ｂを区別しない場合は、単にコイルユニット１として説明する。

図１３は、送電側のコイルユニット１Ａの主要部を示すブロック図である。この図に示すように、コイルユニット１Ａは、コイル２、電源回路部３、電力変換部４、制御部５及びセンサコイル部６を有している。電源回路部３は、商用電源４００から供給される交流電力を利用して制御部５に供給する制御用電源を生成する。

電力変換部４は、商用電源４００から供給される交流電源を所定の高周波交流電力に変換し、送電用のコイル２に供給する。具体的に、電力変換部４は、ＰＦＣ部４Ａとインバータ部４Ｂを有している。ＰＦＣ部４Ａは、一例として、一つのコンバータを備える１ステージ方式のＰＦＣ（Ｐｏｗｅｒ Ｆａｃｔｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）回路から成り、交流電力を直流の電力に変換し、出力波形を整形することで電源の力率を改善する。インバータ部４Ｂは、インバータ回路から成り、ＰＦＣ部４Ａから供給される直流の電力を高周波交流電力に変換してコイル２に供給する。

制御部５は、コイルユニット１Ａの各種制御信号を生成する機能を有する。具体的に、制御部５は、インピーダンス制御部５Ａ、センサ制御部５Ｂ、及びシステム監視制御部５Ｃを有している。インピーダンス制御部５Ａは、複数の共振チョーク４１（図５参照）と複数のコンデンサ（不図示）を含むＩＭＮ（Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ｍａｔｃｈｉｎｇ Ｎｅｔｗｏｒｋ）回路から成る。インピーダンス制御部５Ａは、共振チョーク４１のＬ値とコンデンサのＣ値に基づいて、送電側の出力インピーダンスと受電側の負荷インピーダンスとの整合を行い、インバータ部４Ｂから出力される高周波交流電力の周波数を制御する。これにより、コイルユニット１Ａ，１Ｂ間における電力の伝送効率を向上させる。センサ制御部５Ｂは、コイルユニット１Ａの周囲の異物を検知する機能を有する。本実施形態では、センサ制御部５Ｂは、センサコイル部６に対する通電を制御し、センサコイル部６からの信号に基づいて、コイルユニット１Ａの周囲の金属異物を検知可能に構成されている。システム監視制御部５Ｃは、非接触充電システム１００内の監視を制御する機能を有する。

コイルユニット１Ａは、上述したコイル２、電源回路部３、電力変換部４、制御部５及びセンサコイル部６の各構成が装置ケース１０に収容されている。装置ケース１０は、図１～図３に示すように、筐体を成すケース本体２０と、ケース本体２０の開口を塞ぐ第１カバー部材５０と、ケース本体２０の表面を覆う第２カバー部材６０及び第３カバー部材７０とを有する。

（ケース本体）
図４（Ａ）に示すように、ケース本体２０は、設置面側（図４（Ａ）では下方側）に開口した筐体を成しており、前壁部２０Ａ、後壁部２０Ｂ、左壁部２０Ｃ、右壁部２０Ｄ、及び上壁部２０Ｅを有している。ケース本体２０は、前後方向及び左右方向に所定の幅を有し、上下方向に扁平に形成することで低背な形状となっており、設置面に対し、僅かな突出量で設置可能となっている。このケース本体２０は、一例として、アルミニウム等の非磁性材料で形成されたダイカスト部材とされている。

ケース本体２０の上壁部２０Ｅにおいて、相手側のコイルユニット１（１Ｂ）と対向する表面（図４（Ａ）では上面）は、平面状に形成された前部領域ＦＡと、複数の放熱フィン２２が一体に設けられた後部領域ＲＡを有している。前部領域ＦＡは、後述する第２カバー部材６０によって覆われる領域であり、第２カバー部材６０との接合面に設けられた環状の凹溝２４と、凹溝２４に沿って設けられた複数のねじ孔２６を有している。後部領域ＲＡは、後述する第３カバー部材７０によって覆われる領域であり、後部領域ＲＡの表面に形成された複数の放熱フィン２２は、後部領域ＲＡから後壁部２０Ｂ、左壁部２０Ｃの後部及び右壁部２０Ｄの後部に跨って形成されている。

図４（Ｂ）に示すように、上壁部２０Ｅの内側面には、設置面側に突出した円柱状の複数のボス部２８が形成されており、複数のボス部２８を介して複数の回路基板４０（図５参照）及び複数の回路部品が上壁部２０Ｅの内側面に固定される。また、上壁部２０Ｅの内側面には、第１仕切り壁部３０と第２仕切り壁部３２とが立設されている。第１仕切り壁部３０は、上壁部２０Ｅの前部中央を前後方向に延びる第１リブ３０１と、第１リブ３０１と交差するように左右方向に延びる第２リブ３０２とで構成されている。第２仕切り壁部３２は、上壁部２０Ｅの後部中央を前後方向に延びる第３リブ３２１で構成されている。これらの第１及び第２仕切り壁部３０，３２は、ケース本体２０の内部空間を複数の区画に仕切り、後述する複数の回路基板４０の位置決め行う治具であると共に、ケース本体２０の剛性を高めるための補強部材でもある。

図５には、ケース本体２０の底面図が示されている。この図に示すように、ケース本体２０の側壁部を構成する前壁部２０Ａ、後壁部２０Ｂ、左壁部２０Ｃ及び右壁部２０Ｄには、複数のボス部３４，３６が一体に設けられている。これらのボス部３４，３６には、後述する第１カバー部材５０をケース本体２０に固定するためのねじ部材９８（図６参照）が螺合される。具体的に、前壁部２０Ａ、後壁部２０Ｂ、左壁部２０Ｃの後部及び右壁部２０Ｄの後部に配置されたボス部３４は、ケース本体２０の表面から突出する放熱フィン２２と一体に形成されている。一方、左壁部２０Ｃの前部と右壁部２０Ｄに配置されたボス部３６は、二重構造壁となっている左壁部２０Ｃ及び右壁部２０Ｄの外壁と内壁の間に一体に形成されている。

上記構成のケース本体２０は、前壁部２０Ａ、後壁部２０Ｂ、左壁部２０Ｃ、右壁部２０Ｄ、及び上壁部２０Ｅによって形成される内部空間が第１収容空間Ｓ１とされている。この第１収容空間Ｓ１には、上述したコイルユニット１Ａの電源回路部３、電力変換部４及び制御部５を構成する六つの回路基板４０（Ａ～Ｆ）が収容されている。

第１収容空間Ｓ１における後部空間には、回路基板４０Ａ～４０Ｃが収容されている。回路基板４０Ａ～４０Ｃは、電源回路部３及び電力変換部４を構成する回路基板である。具体的に、回路基板４０Ａには、電源回路部３を構成する電源回路が実装され、回路基板４０Ｂには、電力変換部４のＰＦＣ部４Ａを構成するＰＦＣ回路が実装され、回路基板４０Ｃには、電力変換部４のインバータ部４Ｂを構成するインバータ回路が実装されている。これらの回路基板４０は、コイルユニット１Ａの作動時に大電流が流れる部位であり、発熱量が大きい回路基板となっている。特に、電力変換部４を構成するＰＦＣ回路やインバータ回路は、複数のスイッチング素子４２（図６（Ｂ）参照）を有しているため、通電時におけるスイッチング素子４２の発熱により、回路基板の発熱量が増大する。このため、これら発熱量の大きい回路基板４０Ａ～４０Ｃは、第１収容空間Ｓ１の後部に収容し、上壁部２０Ｅにおいて放熱フィン２２が形成された部位の内側面に対向して配置される。これにより、回路基板４０Ａ～４０Ｃで発生した熱を、効率良くケース本体２０の外部に放熱することができる。

一方、第１収容空間Ｓ１における前部空間には、回路基板４０Ｄ～４０Ｆが収容されている。回路基板４０Ｄ～４０Ｆは、制御部５を構成する回路基板である。具体的に、回路基板４０Ｄには、インピーダンス制御部５Ａを構成するＩＭＮ回路が実装され、回路基板４０Ｅには、センサ制御部５Ｂを構成する制御回路が実装され、回路基板４０Ｆには、システム監視制御部５Ｃを構成する制御回路が実装されている。

上述したように、上壁部２０Ｅの内側面には複数のボス部２８が設けられており、複数のボス部２８を介して複数の回路基板４０Ａ～４０Ｆが内側面に支持されている。図６（Ａ）には、一例として、インバータ部４Ｂを構成する回路基板４０Ｃの断面が示されている。この図に示すように、回路基板４０Ａ～４０Ｆは、基板に形成された貫通孔にねじ部材９８を挿通させ、ねじ部材９８の雄ねじ部をボス部２８の内側面に形成した雌ねじ部に螺合させて固定している。これにより、回路基板４０Ａ～４０Ｆが、上壁部２０Ｅと近接対向した位置に配置される。

ここで、回路基板４０Ｂ及び回路基板４０Ｃは、スイッチング素子４２の発熱をケース本体２０側へ直接に放熱するための伝熱経路を更に有している。図６（Ｂ）には、一例として、インバータ部４Ｂを構成する回路基板４０Ｃの断面が示されている。この図に示すように、回路基板４０Ｃに実装されたスイッチング素子４２は、ケース本体２０の上壁部２０Ｅと回路基板４０Ｃとの間に配置されている。スイッチング素子４２は、絶縁性の樹脂でモールドされた本体部４２１と本体部４２１から延びるリード部４２２を有し、リード部４２２の先端が、基板に形成された配線パターンに電気的に接続されている。このスイッチング素子４２では、樹脂モールドされた本体部４２１が絶縁シート４３を介して上壁部２０Ｅの内側面に当接するように配置されている。これにより、本体部４２１で発生した熱を上壁部２０Ｅに直接伝達する放熱経路を有している。更に、上壁部２０Ｅの内側面には、上壁部２０Ｅからスイッチング素子４２に向かって延びるブラケット状の放熱部材４４の一端が固定されており、放熱部材４４を介してスイッチング素子４２の本体部４２１で発生した熱を上壁部２０Ｅに伝達する放熱経路を有している。放熱部材４４は、例えば熱伝導性に優れる板金で構成され、延在方向の一端は、上壁部２０Ｅにねじ部材９８を用いて固定されている。ねじ部材９８は、上壁部２０Ｅに設けられたボス部４６に螺合している。このボス部４６は、上壁部２０Ｅから上方側へ突出し、放熱フィン２２と一体に形成されている。これにより、放熱部材４４に伝達する熱を効率良く放熱フィン２２に伝達し、ケース本体２０の外部に放熱することができる。

更に、六つの回路基板４０Ａ～４０Ｆは、非磁性材料で形成されたケース本体２０と後述する第１カバー部材５０とによって構成された筐体の内部に収容されることにより、コイル２の電磁誘導作用による発熱から保護されている。即ち、ケース本体２０と第１カバー部材５０を構成する非磁性材料は、外部の磁界による磁化が殆ど発生しない。従って、スチール等の強磁性体からなる筐体と比較して、コイル２の電磁誘導作用による誘導加熱を抑制することができ、第１収容空間Ｓ１に収容した回路基板４０Ａ～４０Ｆをケース本体２０の発熱から保護することができる。

（第１カバー部材）
図３に示すように、ケース本体２０の設置面側（図３では下方側）には、矩形板状の第１カバー部材５０が配置され、第１カバー部材５０によってケース本体２０の開口が塞がれる。第１カバー部材５０は、ケース本体２０と同様にアルミニウム等の非磁性材料で形成された矩形板状の部材である。

図２及び図６（Ａ）に示すように、第１カバー部材５０の外周部には、第１カバー部材５０を上下方向に貫通する複数の貫通孔５２が形成されている。第１カバー部材５０は、貫通孔５２にねじ部材９８を挿通させ、ねじ部材９８の雄ねじ部をケース本体２０の側壁部（前壁部２０Ａ、後壁部２０Ｂ、左壁部２０Ｃ及び右壁部２０Ｄ）に設けたボス部３４，３６の雌ねじ部に螺合させることにより、ケース本体２０に固定されている。ケース本体２０と第１カバー部材５０とを接合するねじ部材９８は、コイルユニット１Ａを設置した状態では、設置面に面して配置されるため、外部に露出されない。

（第２カバー部材）
図１及び図３に示すように、ケース本体２０の上壁部２０Ｅにおいて、平板状の前部領域ＦＡは、第２カバー部材６０で覆われている。第２カバー部材６０は、一例として、樹脂材料で形成されている。図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示すように、第２カバー部材６０は、ケース本体２０側（図７では下方側）に開口した筐体を成し、ケース本体２０の上壁部２０Ｅとの間にコイル２等を収容する第２収容空間Ｓ２を形成する。具体的に、第２カバー部材６０は、ケース本体２０の上壁部２０Ｅと対向する天井壁部６２と、天井壁部６２の外周端部から垂下された側壁部６４と、側壁部６４の端部に設けられた鍔状のフランジ部６６と、を有している。第２カバー部材６０は、フランジ部６６をケース本体２０の上壁部２０Ｅにねじ締結させることにより、ケース本体２０に固定される。

図７（Ｂ）に拡大して示すように、第２カバー部材６０のフランジ部６６とケース本体２０の上壁部２０Ｅとの間には、シール材６９が介在する。シール材６９は、一例として、シリコン系の湿式のシール材で構成されており、液状の状態でケース本体２０の凹溝２４に充填され、硬化すると、弾性を持ったゴム状物となる。

フランジ部６６の下面（ケース本体２０の上壁部２０Ｅと対向する面）には、第２カバー部材６０の外周部に沿って延在する環状の凸部６７と、凸部６７に沿って配置された複数の切り欠き部６８とが形成されている。凸部６７は、ケース本体２０の上壁部２０Ｅに第２カバー部材６０を設置すると、上壁部２０Ｅの表面に形成された凹溝２４に挿入される。この状態において、凹溝２４の側面と凸部６７との間には所定の間隙が形成され、当該間隙に弾性を持ったシール材６９が充填されるため、凹溝２４の側面と凸部６７との間にシール材６９が介在した状態となる。シール材６９は、弾性変形により、金属製のケース本体２０と樹脂製の第２カバー部材６０の線膨張収縮差による接合面のズレを吸収する。また、凹溝２４に凸部６７を挿入することにより、平面同士の接合と比較して、シール材６９を介した接合面積を大きく設定することができるため、フランジ部６６とケース本体２０の接合強度を高めることができる。

第２カバー部材６０は、側壁部６４の内側面に、角部を面取りして形成した傾斜面６４Ａが形成されている。傾斜面６４Ａは、第２カバー部材６０の内側に向かうにつれて上壁部２０Ｅの表面との間の間隙が大きくなるように傾斜されている。このため、凹溝２４から押し出された余剰分のシール材６９は、傾斜面６４Ａと上壁部２０Ｅとの間に留まり肉厚のシール層を形成し、第２カバー部材６０の内部へ流入しない。これにより、第２カバー部材６０の内部に収容される部品とシール材６９との接触を抑制することができる。また、余剰分のシール材６９が形成する肉厚のシール層により、第２カバー部材６０の内部の密閉性が高められている。

このように、湿式のシール材６９によって第２カバー部材６０のフランジ部６６はケース本体２０の上壁部２０Ｅに密着する。その後、フランジ部６６の切り欠き部６８にねじ部材９８を挿通し、ねじ部材９８の雄ねじ部をケース本体２０に形成したねじ孔２６の雌ねじ部に螺合させることにより第２カバー部材６０を固定する。

（第３カバー部材）
図１及び図３に示すように、ケース本体２０の上壁部２０Ｅにおいて、放熱フィン２２が形成された後部領域ＲＡは、第３カバー部材７０で覆われている。この第３カバー部材７０は、樹脂材料で形成された保護カバーであり、ユーザが、高温の放熱フィン２２に接触するリスクを低減させるために設けられている。

図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示すように、第３カバー部材７０は、ケース本体２０側（図８では下方側）に開口した筐体を成し、ネジ等の図示しない固定具によって外周部の複数箇所がケース本体２０に固定されている。第３カバー部材７０は、表面全体に複数の長孔形状の貫通孔７１が形成された、網目状のカバー部材となっている。従って、第３カバー部材７０は、内外の通気性に優れ、放熱フィン２２のから放出される熱を効率良く外気に逃がすことができるため、放熱性能が損なわれない。

ここで、図８（Ｂ）に示すように、第３カバー部材７０は、ケース本体２０の表面（相手側のコイルユニット１Ｂと対向する面）と対向する天井壁部７２を有しており、天井壁部７２の内側面には、カバー補強部７４が一体に設けられている。カバー補強部７４は、天井壁部６２の内側面からケース本体２０側に突出した複数の突起部７４１を備えており、第３カバー部材７０をケース本体２０に固定すると、それぞれの突起部７４１が、放熱フィン２２の間に配置される。これにより、第３カバー部材７０は、突起部７４１を介して内側からケース本体２０に支持されて補強される。

図３に示すように、ケース本体２０と第２カバー部材６０との間に形成される第２収容空間Ｓ２には、補助遮蔽板７６、フェライト板７８、コイルケース８０、コイル２、補強板８８及びセンサ基板９４が収容されている。

補助遮蔽板７６は、前後方向及び左右方向に所定の幅を有し、上下方向に所定の厚みを有する矩形板状部材であり、ケース本体２０の前部領域ＦＡを覆うように配置される。補助遮蔽板７６は、ケース本体２０と同様にアルミニウム等の非磁性材料で形成されており、コイル２で発生する磁気からケース本体２０をシールドするために配置されている。

補助遮蔽板７６の上方側には、平板状のコイルケース８０が配置されている。図９に示すように、コイルケース８０は、前後方向及び左右方向に所定の幅を有し、上下方向に所定の厚みを有する樹脂製の矩形板状部材である。コイルケース８０の一方側の面（図９では上面側）には、渦巻き形状のコイル溝８２が形成されており、コイル溝８２の内側に渦巻き状に形成されたコイル２が配置されている。コイル２を構成する線状導体は、一例として、リッツ線である。リッツ線は、絶縁被覆された複数の線材（細線）を撚り合わせて形成されており、表皮効果による巻線抵抗を抑制する点において優れる。コイル２の両端部から引き出された引出線２Ａ，２Ｂ（図９（Ａ）参照）は、コイルケース８０の中央部及び端部を貫通して形成されたコイル挿通部８４Ａ，８４Ｂを通って引き出され、ケース本体２０の内部で複数の回路基板４０Ａ～４０Ｆと電気的に接続されている。

図９（Ｂ）に示すように、コイルケース８０の他方側の面（図９では下面側）は、複数の仕切り壁部８６によってマス目状に仕切られた複数の区画を有している。複数の区画には、矩形板状の複数のフェライト板７８がそれぞれ固定されている。

コイルケース８０の上方側には、補強板８８が配置されており、補強板８８の上方側には、二枚のセンサ基板９４が左右方向に並んで配置されている。補強板８８は、前後方向及び左右方向に所定の幅を有し、上下方向に所定の厚みを有する樹脂製の矩形板状部材である。この補強板８８は、補強板８８と一体に設けられた複数の補強部材９０を有している。複数の補強部材９０はそれぞれ、筒状の外側壁９０１の内側に格子状の格子リブ９０２を一体に形成して柱状を成している。複数の補強部材９０は、補強板８８の上面に規則的に配列されており、センサ基板９４に貫通形成された複数の貫通穴９６にそれぞれ挿通されている。従って、図１１に示すように、コイルケース８０と第２カバー部材６０の間には、複数の補強部材９０が配置され、複数の補強部材９０によって第２カバー部材６０の上壁部２０Ｅが下方側から支持されている。

また、補強板８８は、補強板８８の上面から第２カバー部材６０側に突出して設けられた複数の基板支持部９２を有する。複数の基板支持部９２はそれぞれ、補強部材９０よりも小径の円柱状に形成されており、補強板８８の上面に規則的に配列されている。そして、複数の基板支持部９２によって、補強板８８から離間した位置で二枚のセンサ基板９４が下方側から支持されている。なお、二枚のセンサ基板９４と基板支持部９２は、図示しない樹脂製のクリップを用いて互いに固定されている。

二枚のセンサ基板９４は、一例として、金属検知用の複数のセンサコイル部６を有する配線基板で構成されている。また、二枚のセンサ基板９４に形成された複数の貫通穴９６は、各センサコイル部６の中央部を貫通するように設けられている。

ここで、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）の領域Ｐを拡大して示す拡大図である。この図に示されるように、センサコイル部６は、センサ基板９４の上面及び下面に形成された一対のコイル部６１，６２で構成されている。上述したように、センサコイル部６は、回路基板４０Ｅに実装されたセンサ制御部５Ｂと電気的に接続されており、センサ制御部５Ｂの制御により、センサ基板９４の下面に形成された一次コイル部６Ａに交流の電力が供給される。一次コイル部６Ａに交流の電力が供給されると、一次コイル部６Ａの周囲に形成される磁界によってセンサ基板９４の上面に配置された二次コイル部６Ｂに誘導起電力が生じる。このとき、センサコイル部６の周囲に金属異物が存在する場合、金属異物に一次コイル部６Ａの磁束が流れることによって、金属異物に過電流が流れるため、二次コイル部６Ｂの実行抵抗が大きくなり、二次コイル部６Ｂの誘導起電力が設定値に対して変動する。このため、二次コイル部６Ｂの両端の電圧をセンサ制御部５Ｂで検知して、金属異物の有無を判断することができる。この、一対のコイル部６１，６２を用いた金属異物の検知方法は、特開２０１７－１２６５９６号公報にも開示される通り、公知であるため、詳細な説明は省略する。

センサ制御部５Ｂは、コイル２から電力を伝送する前に、複数のセンサコイル部６に通電して、第２カバー部材６０の上に金属異物が存在するか否かを判断する。第２カバー部材６０の上に金属異物が存在すると、コイル２の周囲の磁束によって金属異物が高温になる恐れがあるため、コイル２に対する電力の供給を中止する。

（作用並びに効果）
以上説明したように、本実施形態のコイルユニット１では、渦巻き状に形成されたコイル２と、当該コイル２と電気的に接続される複数の回路基板４０（Ａ～Ｆ）とが装置ケース１０に収容されている。この装置ケース１０は、設置面側に開口した筐体を成すケース本体２０を有し、ケース本体２０の第１収容空間Ｓ１に複数の回路基板４０を収容すると共に、設置面側の開口を第１カバー部材５０で塞いでいる。また、ケース本体２０は、相手側のコイルユニット１と対向する表面と、これを覆う第２カバー部材６０との間に第２収容空間Ｓ２を形成し、第２収容空間Ｓ２にコイル２を収容している。従って、ケース本体２０の開口が相手側のコイルユニット１と対向する面に形成されないため、ケース本体２０の強度、ひいては、装置ケース１０の強度を向上させることができる。

また、第２カバー部材６０がケース本体２０の表面の一部を覆う構成とされ、第１収容空間Ｓ１の収容面が第２収容空間Ｓ２の収容面よりも大きく設定されている。これにより、複数の回路基板４０の収容スペースを確保しつつ、ケース本体２０を高さ方向に小型化させることができるため、装置ケース１０の低背化を図ることができる。

また、本実施形態では、ケース本体２０の表面には、第２カバー部材６０が配置されていない部分に複数の放熱フィン２２が一体に形成されている。これにより、ケース本体２０の内部で生じた熱を外部へ放熱させる放熱性能が高められ、第１収容空間Ｓ１に配置された複数の回路基板４０を通電時の発熱から保護することができる。

更に、本実施形態では、ケース本体２０に収容される複数の回路基板４０Ａ～４０Ｆのうち、発熱量が大きい回路基板４０Ａ～４０Ｃを、ケース本体２０において複数の放熱フィン２２が形成された部分の内側面に支持している。これにより、発熱量の大きい回路基板４０Ａ～４０Ｃで生じた熱を効率良く放熱フィン２２に伝えることができるため、ケース本体２０の放熱効率を向上させることができる。

また、複数の回路基板４０Ａ～４０Ｆは、非磁性材料で形成されたケース本体２０及び第１カバー部材５０で覆われている。このため、ケース本体２０と第１カバー部材５０では、コイルユニット１間で電力を伝送する際に、コイル２の磁界による磁化が殆ど発生しない。従って、スチール等の強磁性体からなる筐体と比較して、コイル２の電磁誘導作用によるケース本体２０及び第１カバー部材５０の誘導加熱を抑制することができるため、第１収容空間Ｓ１に収容した回路基板４０Ａ～４０Ｆをケース本体２０等の発熱から保護することができる。

更に、本実施形態では、コイルユニット１を構成するコイル２は、渦巻状に形成されて、平板状のコイルケース８０の表面上に配置されている。当該コイル２は、相手側のコイルユニット１と対向するように配置された第２カバー部材６０によって覆われている。ここで、コイルケース８０と第２カバー部材６０との間には、柱状の補強部材９０が配置されているため、第２カバー部材６０に入力される荷重が、補強部材９０を介してコイルケース８０側に分散される。これにより、第２カバー部材の板厚を薄くしても必要な強度を確保することができるため、装置ケース１０の強度を向上させると共に低背化を図ることができる。

ここで、補強部材９０は、第２カバー部材６０側に突出するようにして、コイルケース８０と第２カバー部材６０との間に配置される補強板８８に一体に設けられている。これにより、第２カバー部材６０に入力される荷重が、柱状の補強部材９０を介して板状の補強板８８に分散されるため、第２カバー部材６０と障害物との接触面積が小さい場合であっても、局所的に荷重が集中することが抑制される。このようにして、補強部材９０に伝達される荷重の分散効率を高め、装置ケース１０の強度を効果的に向上させることができる。

また、本実施形態では、コイルケース８０と第２カバー部材６０との間にセンサ基板９４を備え、補強部材９０は、センサ基板９４に形成された貫通穴９６に挿通された状態で、コイルケース８０と第２カバー部材６０との間に配置されている。これにより、装置ケースの強度を高めつつ、コイルケース８０と第２カバー部材６０の間に形成される空間部を利用してセンサ基板９４を収容することができる。

更に、本実施形態では、センサ基板９４には、センサ基板９４の一平面上に形成された複数のセンサコイル部６を有し、複数の貫通穴９６は、センサコイル部６の中央部を貫通するように形成されている。これにより、センサコイル部６を有するセンサ基板９４において、デッドスペースとなるセンサコイル部６の中央部を利用して補強部材９０を配置することができるため、センサ基板９４の基板設計に与える制約を最小にして、装置ケース１０の強度を高めることができる。

また、センサ基板９４は、補強板８８と第２カバー部材６０との間に配置され、補強板８８からセンサ基板９４側に突出して設けられた複数の基板支持部９２によって支持されている。これにより、センサ基板９４が、補強板８８と離間した位置に配置されるため、コイルケース８０に配置されたコイル２とセンサ基板９４との距離を大きく設定することができる。これにより、受電時又は送電時におけるコイル２の磁界がセンサ基板９４に与える磁気的な影響を低減させることができ、センシングの精度の変調を防止することができる。

[補足説明]
上記実施形態では、地上に配置される送電側のコイルユニット１Ａを中心に説明したが、本発明の構成は、車両側に配置される受電側のコイルユニット１Ｂにも適用することができる。

また、上記実施形態では、コイルケース８０と第２カバー部材６０との間に配置される柱状の補強部材９０が補強板８８と一体に形成される構成としたが、本発明はこれに限らない。例えば、第２カバー部材６０からコイルケース８０側に突出するように、補強部材９０が第２カバー部材６０に一体に形成される構成としてもよい。補強部材９０をカバー部材６０と一体に設けることで、組立時の部材点数が減り、製造工程を容易にすることができる。

また、上記実施形態では、「センサ基板の一平面上に形成されるセンサコイル部」として、センサコイル部６がセンサ基板９４の表面（上面及び下面）に形成される構成を説明したが、「センサ基板の一平面上」は、センサ基板の内部の一平面を含む広い概念であり、上記実施形態の構成に限定されない。即ち、センサコイル部６が、センサ基板９４の内部の一平面上に形成される構成としてもよい。

１ コイルユニット（１Ａ，１Ｂ）
２ コイル
１０ 装置ケース
２０ ケース本体
２２ 放熱フィン
４０ 回路基板（４０Ａ～４０Ｆ）
５０ 第１カバー部材
６０ 第２カバー部材
１００ 非接触充電システム
２００ 電気自動車
３００ バッテリ
Ｓ１ 第１収容空間
Ｓ２ 第２収容空間

Claims (4)

1. 地上に配置された送電側のコイルユニットと電気自動車に配置された受電側のコイルユニットとの間で電力を伝送し、前記電気自動車に搭載されたバッテリを充電する非接触充電システムにおける地上又は電気自動車に配置されるコイルユニットであって、
   渦巻き状に形成されたコイルと、
   前記コイルと電気的に接続される複数の回路基板と、
   前記コイル及び前記複数の回路基板を収容する装置ケースと、を備え、
   前記装置ケースは、
   設置面側に開口した筐体を成し、前記複数の回路基板を収容する第１収容空間を有するケース本体と、
   前記ケース本体の開口を塞ぐ第１カバー部材と、
   相手側のコイルユニットと対向する前記ケース本体の表面の一部を覆うように配置され、前記ケース本体との間に前記コイルを収容する第２収容空間を形成する第２カバー部材と、を有するコイルユニット。
2. 前記ケース本体は、相手側のコイルユニットと対向する表面において、前記第２カバー部材が配置されていない部分には放熱フィンが一体に形成されている請求項１に記載のコイルユニット。
3. 前記ケース本体は、前記複数の回路基板のうち発熱量が大きい回路基板を、前記放熱フィンが形成された部分の内側面に支持している請求項２に記載のコイルユニット。
4. 前記ケース本体及び前記第１カバー部材は非磁性材料で形成されており、前記第２カバー部材は樹脂材料で形成されている請求項１～３のいずれかに記載のコイルユニット。
   
   
   
   
   
   
   

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