JP2024039863A - 送電コイルユニット - Google Patents

Abstract

【課題】送電コイルユニットの軽量化及び小型化を図る。【解決手段】送電コイルユニット１００は、導体パターンからなるコイルが形成されると共に裏面側にコンデンサ６が取り付けられた基板１と、基板１の裏面側に配置されると共に、コンデンサ６と対向する位置に孔２１１が形成されたコア２と、コア２の裏面側に配置される底板４と、基板１の裏面、底板４の表面、及び孔２１１の内周面によって区画形成されてコンデンサ６が収容される空間７と、空間７に配置されて基板１を支持する支持部材５と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、送電コイルユニットに関する。

特許文献１には、非接触給電用の従来の送電コイルユニット（送電装置）として、コンデンサ（キャパシタ）などの電子部品群を筐体で覆い、当該筐体によって電子部品群を上方から加わる荷重から保護するように構成されたものが開示されている。

国際公開第２０１２／０３９０７７号

送電コイルユニットを運搬可能な薄い扁平形状の給電マットとして構成し、例えばイベント会場や避難所など、普段は非接触給電を行うことができない場所に設置して、その場所において非接触給電を行うことが考えられる。しかしながら、前述した従来の送電コイルユニットでは、コンデンサなどの電子部品群を保護するために筐体が必要になるため、送電コイルユニットの小型化又は軽量化を図るのが難しく、したがって送電コイルユニットの運搬や設置を行い難いという問題点があった。

本発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、送電コイルユニットの小型化又は軽量化を図ることを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のある態様による、給電対象に対して電力を非接触で伝送するための送電コイルユニットは、導体パターンからなるコイルが形成されると共に裏面側にコンデンサが取り付けられた基板と、基板の裏面側に配置されると共にコンデンサと対向する位置に孔が形成されたコアと、コアの裏面側に配置される底板と、基板の裏面、底板の表面、及び孔の内周面によって区画形成されてコンデンサが収容される空間と、その空間に配置されて基板を支持する支持部材と、を備える。

本発明のこの態様によれば、基板の裏面、底板の表面、及び孔の内周面によって区画形成された空間にコンデンサを収容することで、筐体がなくても当該空間に配置された荷重支持部材によってコンデンサを保護することができる。そのため、送電コイルユニットの筐体で覆う必要がなく、送電コイルユニットの小型化又は軽量化を図ることができる。

図１は、本発明の一実施形態による送電コイルユニットの概略平面図である。 図２は、図１のII-II線に沿う送電コイルユニットの概略断面図である。 図３は、図２のIII-III線に沿う送電コイルユニットの概略断面図である。 図４は、本発明の一実施形態による荷重支持部材の概略斜視図である。

以下、図面を参照して実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。

図１は、本発明の一実施形態による送電コイルユニット１００の概略平面図である。図２は、図１のII-II線に沿う送電コイルユニット１００の概略断面図である。図３は、図２のIII-III線に沿う送電コイルユニット１００の概略断面図である。

送電コイルユニット１００は、外部交流電源などの電源から供給された電力を給電対象に対して非接触で伝送することができるように構成される。給電対象は特に種類が限られるものではなく、車両やドローンなどの移動体であってもよいし、通信機器や家電製品などであってもよい。また、送電コイルユニット１００は運搬可能であり、例えばイベント会場や避難所など、普段は非接触給電を行うことができない場所に設置されて、その場所で使用される給電対象に対して非接触給電を行うことができるように構成される。

本実施形態による送電コイルユニット１００は、プリントコイル基板１と、コア２と、スペーサ３と、底板４と、荷重支持部材５と、を備え、車両が容易に乗り上げることができるように薄い扁平な形状をしている。以下、送電コイルユニット１００の各構成部品の詳細について説明する。

プリントコイル基板１は、例えばその表面などに導体パターンからなる送電コイル（図示せず）が形成された硬質プリント回路板である。プリントコイル基板１の中央部裏面側には、例えばコンデンサ６などの電子部品がはんだ付けなどによって取り付けられている。プリントコイル基板１において、このコンデンサ６が取り付けられている中央部の領域を「コンデンサ取付領域１１」と称すると、プリントコイル基板１には、コンデンサ取付領域１１の周りを取り囲むように、コア２の上部コア２２の凸部２２２を嵌合させるためのＣ字形状のコア嵌合孔１２が形成されている。そして、このコア嵌合孔１２よりも外側の領域に、導体パターンからなる送電コイルが形成されている。

プリントコイル基板１に形成された送電コイルは、プリントコイル基板１に取り付けられたコンデンサ６などと共に共振回路を形成し、送電コイルユニット１００の上に配置された給電対象に対して磁界共振結合（磁界共鳴）による非接触電力伝送を行う。

コア２は、それぞれフェライトなどの磁性材料によって構成された下部コア２１及び上部コア２２を備える。

下部コア２１は、その中央部に孔２１１が形成された扁平な板状体であり、プリントコイル基板１の裏面側に配置される。下部コア２１の孔２１１は、下部コア２１の表面にプリントコイル基板１を配置し、下部コア２１の裏面に底板４を配置したときに、プリントコイル基板１に取り付けられたコンデンサ６が収容されるコンデンサ収容空間７として機能する。すなわちコンデンサ収容空間７は、下部コア２１の表面にプリントコイル基板１を配置し、下部コア２１の裏面に底板４を配置したときに、プリントコイル基板１の裏面、下部コア２１の孔２１１の内周面、及び底板４の表面によって区画形成される空間である。

上部コア２２は、プリントコイル基板１のコンデンサ取付領域１１の表面を覆う扁平な板状の頂部２２１と、頂部２２１から下方に突出してプリントコイル基板１のコア嵌合孔１２に嵌合させられる凸部２２２と、を備える。

スペーサ３は、送電コイルユニット１００の表面を平面にするために、すなわち、プリントコイル基板１と上部コア２２との間に生じる段差をなくすために、プリントコイル基板１の表面に配置される樹脂製の部材である。スペーサ３には、その中央部に上部コア２２の頂部２２１をはめ込むためのコア嵌合孔３１が形成されており、上部コア２２の凸部２２２がプリントコイル基板１のコア嵌合孔１２に嵌合させられ、上部コア２２の頂部２２１がスペーサ３のコア嵌合孔３１に嵌合させられている。

底板４は、電磁シールドとして機能する金属材料（例えばアルミニウムや銅）によって構成された扁平な板状体であり、下部コア２１の裏面側に全面的に配置される。底板４は、送電コイルユニット１００の裏面側から磁束が外部に漏れ出るのを抑制する。

このように本実施形態による送電コイルユニット１００は、底板４、コア２、プリントコイル基板１、及びスペーサ３を積層した積層体であり、当該積層体を内蔵して保護する筐体を備えていない。そのため、送電コイルユニット１００の軽量化及び小型化を図ってその運搬などを容易に行うことができる一方で、給電時には、送電コイルユニット１００の上に乗り上げた車両などの給電対象の荷重が、送電コイルユニット１００に直接的にかかることになる。その結果、給電対象の荷重によってプリントコイル基板１がたわみ、コンデンサ収容空間７が圧縮されてその内部のコンデンサ６が押し潰されるなどして破損するおそれがある。そこで本実施形態では、コンデンサ収容空間７に荷重支持部材５を設けている。

荷重支持部材５は、プリントコイル基板１を支持することができるように、送電コイルユニット１００の厚さ方向（積層方向）に延びる支柱を備え、支柱の上端がプリントコイル基板１の裏面に当接し、支柱の下端が底板４の表面と当接するようにコンデンサ収容空間７に配置される。

図４は、本実施形態による荷重支持部材５の概略斜視図である。図４に示す通り、本実施形態では荷重支持部材５は、断面が六角形の中空の支柱群からなるハニカム構造体となっており、各支柱の内部にコンデンサ６を収容することができるようになっている。

もちろん、荷重支持部材５の構成はこのような構成に限られるものではなく、例えば、荷重支持部材５を、図４に類似した中空の支柱群からなる構造体とする場合であれば、各支柱の断面形状を円形や三角形などの六角形以外の形状としてもよい。また例えば、荷重支持部材５を中空の支柱群からなる構造体とするのではなく、板状の支柱を各コンデンサ６の間に配置したような構造、すなわちコンデンサ収容空間７が複数の板状の支柱によって仕切られ、各支柱によって仕切られた空間に各コンデンサ６を収容したような構造としてもよい。

プリントコイル基板１の裏面側に形成したコンデンサ収容空間７に荷重支持部材５を配置することで、送電コイルユニット１００に荷重がかかったときに、プリントコイル基板１を裏面側から支持してプリントコイル基板１がたわむのを抑制することができる。そのため、コンデンサ収容空間７が圧縮されて内部のコンデンサ６が押し潰されるなどして破損してしまうのを抑制することができる。このように本実施形態によれば、コンデンサ収容空間７にコンデンサ６を収容することで、筐体がなくてもコンデンサ６を保護することができる。そのため、送電コイルユニット１００の小型化及び軽量化を図ることができる。

なお、荷重支持部材５をコンデンサ収容空間７に配置するにあたって、各支柱の上端をプリントコイル基板１の裏面に接着すると共に各支柱の下端を底板４の表面に接着すれば、各支柱を接着しない場合と比較して、プリントコイル基板１の剛性を高めることができる。したがって、荷重支持部材５の各支柱の上端をプリントコイル基板１の裏面に接着すると共に各支柱の下端を底板４の表面に接着することで、プリントコイル基板１がたわむのを一層抑制することができるので、送電コイルユニット１００の耐荷重を高くすることができる。

また荷重支持部材５は、樹脂製、紙製、又は金属製のいずれであってもよい。ここで荷重支持部材５を金属製とした場合、荷重支持部材５を樹脂製又は紙製とした場合と比較して荷重支持部材自体の強度を高くすることがきるので、送電コイルユニット１００の耐荷重を高くすることができる。しかしながら、荷重支持部材５を金属製とすると、誘導加熱による荷重支持部材５の発熱が懸念されるが、本実施形態では、プリントコイル基板１のコア嵌合孔１２よりも外側の領域に形成された送電コイルと、コンデンサ収容空間７と、の間には磁束の通り道となるコア２が介在しているため、コンデンサ収容空間７に漏れ出る磁束は少なく、したがって、荷重支持部材５の発熱を抑えることができる。

以上説明した本実施形態による送電コイルユニット１００は、導体パターンからなる送電コイルが形成されると共に裏面側にコンデンサ６が取り付けられたプリントコイル基板１（基板）と、プリントコイル基板１の裏面側に配置されると共にコンデンサ６と対向する位置に孔２１１が形成されたコア２と、コア２の裏面側に配置される底板４と、プリントコイル基板１の裏面、底板４の表面、及び孔２１１の内周面によって区画形成されてコンデンサ６が収容されるコンデンサ収容空間７（空間）と、コンデンサ収容空間７に配置されてプリントコイル基板１を支持する荷重支持部材５（支持部材）と、を備える。

これにより、コンデンサ収容空間７にコンデンサ６を収容することで、筐体がなくてもコンデンサ収容空間７に配置された荷重支持部材５によってコンデンサ６を保護することができる。そのため、送電コイルユニット１００の筐体で覆う必要がなく、送電コイルユニット１００の小型化及び軽量化を図ることができる。

荷重支持部材５は、一端がプリントコイル基板１の裏面と当接し、他端がプリントコイル基板１の表面と当接してプリントコイル基板１を支持する支柱を有する。具体的には本実施形態では、荷重支持部材５は、断面が六角形の中空の支柱群からなるハニカム構造体とされ、コンデンサ６を支柱の内部に収容できるように構成されている。このように荷重支持部材５をハニカム構造体とすることで、荷重支持部材５の圧縮強度を高めつつ、荷重支持部材５の軽量化を図ることができる。

また本実施形態では、支柱の一端がプリントコイル基板１の裏面に接着され、他端が底板４の表面に接着されている。これにより、各支柱を接着しない場合と比較して、プリントコイル基板１の剛性を高めることができる。そのため、プリントコイル基板１がたわむのを一層抑制することができるので、送電コイルユニット１００の耐荷重を高くすることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば上記の実施形態では、コンデンサ収容空間７にコンデンサ６を収容していたが、コンデンサ６に限らず、種々の電子部品を収容してもよい。

１ プリントコイル基板（基板）
２ コア
４ 底板
６ コンデンサ
７ コンデンサ収容空間（空間）
１００ 送電コイルユニット
２１１ 孔

Claims (4)

1. 給電対象に対して電力を非接触で伝送するための送電コイルユニットであって、
   導体パターンからなるコイルが形成されると共に裏面側にコンデンサが取り付けられた基板と、
   前記基板の裏面側に配置されると共に、前記コンデンサと対向する位置に孔が形成されたコアと、
   前記コアの裏面側に配置される底板と、
   前記基板の裏面、前記底板の表面、及び前記孔の内周面によって区画形成されて前記コンデンサが収容される空間と、
   前記空間に配置されて前記基板を支持する支持部材と、
   を備える送電コイルユニット。
2. 前記支持部材は、一端が前記基板の裏面と当接し、他端が前記底板の表面と当接して前記基板を支持する支柱を有する、
   請求項１に記載の送電コイルユニット。
3. 前記支持部材は、断面が六角形の中空の支柱群からなるハニカム構造体であり、
   前記コンデンサは、前記支柱の内部に収容される、
   請求項２に記載の送電コイルユニット。
4. 前記支柱の一端が前記基板の裏面に接着され、他端が前記底板の表面に接着されている、
   請求項２又は請求項３に記載の送電コイルユニット。

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