JP2650860B2 - 電気自動車の充電用変成器 - Google Patents

電気自動車の充電用変成器

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電気自動車のバッテリの
充電用変成器に関するものである。電気自動車のバッテ
リは変成器を構成する磁気結合によって外部電源から充
電される。変成器２次側の誘導型充電受け部は自動車上
に設けられている。２次側の受け部の冷却は２次側に近
接して位置し、２次側から熱を放散るヒートパイプによ
って行われる。
【０００２】
【従来の技術】大気汚染を減少させるために、現在電気
自動車が注目されている。これらの電気駆動自動車は再
充電可能なバッテリを備えている。バッテリの電力は自
動車の駆動に使用され、またその他の必要な電力に対し
て与えられる。このような電気自動車の設計は積載負
荷、性能、充電間の距離、加速度、速度の間で注意深く
バランスさせなければならない。これらのどの基準の組
合わせでも、バッテリを周期的に充電することが必要で
あり、そのため自動車が別の経路を採らなければならな
い場合も生じる。十分に大きいバッテリ容量の場合には
多量の電力で再充電することが必要である。自動車が使
用できない時間を最小にするために高い充電速度が好ま
しい。通常のプラグが使用されるならば、そのプラグは
高電力に適合しなければならず、この高電力は電力供給
装置の部品と接触するような付近にいるオペレータその
他の人に危険をもたらす。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】したがって、直接の電
気伝達を必要としないで充電ステーションと自動車との
間の結合を行うことが望ましく、磁気結合が望ましい。
本発明によれば誘導型充電結合器は手作業で処理され、
自動車中の適当な誘導型充電受け部のスロットに挿入さ
れる。プローブ誘導型充電結合装置は変成器１次巻線お
よび適切な磁気コアを備えている。自動車中の誘導型充
電受け部は変成器２次巻線および磁気コアの残りの部分
を備えている。変成器２次側を構成している自動車中の
受け部はバッテリを充電するために適当な電気装置を介
してバッテリに接続されている。
【０００４】周波数は通常の電力線周波数よりはるかに
高いことが好ましい。高速度の充電では１０キロワット
以上である。その結果結合装置中で損失が生じるために
結果的に熱が生成される。変成器巻線、磁気コアおよび
誘導結合された変成器容器内のその他の電気装置から発
生する熱の量は５０ワットを越え、高い温度になる可能
性がある。したがって、内部温度が接続装置の容器内で
使用される材料の動作温度範囲を越えないように誘導型
充電変成器全体を冷却する冷却装置を備えることが好ま
しい。誘導型充電変成器の２次側は自動車中に設置され
ており、しかも、充電時以外の通常の自動車の走行時に
は使用されない装置であるから、冷却装置としてはでき
るだけ余分のスペースを使用しないように小型で、軽量
で、コンパクトな構造にする必要があり、しかも、変成
器の温度が過度に上昇しないような十分の冷却能力を有
するものであることが必要である。したがって、本発明
は、小型軽量のコンパクトな構造で効率のよい冷却を行
うことのできる冷却装置を備えた充電用変成器を提供す
ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この目的は、本発明の自
動車バッテリ充電用変成器によって達成される。本発明
は、固定された電源に電気的に接続された１次巻線を有
する充電結合器を取外し可能に受けるように構成されて
いる自動車に設置された誘導型充電受け部を具備してい
る自動車のバッテリ充電用変成器において、前記誘導型
充電受け部は、自動車のバッテリに電気的に接続された
環状の２次巻線と、この環状の２次巻線が内部に配置さ
れている環状凹部およびこの環状の２次巻線の中央を通
って突出する中心柱状体を有するハウジング部分により
構成されている磁気コアとを具備し、磁気コアは充電結
合器が充電受け部に結合されたとき１次巻線と２次巻線
を通る磁気回路を完成させ、誘導型充電受け部はさら
に、磁気コアのハウジング部分の環状凹部内で環状の２
次巻線とハウジング部分との間に配置されて環状の２次
巻線を冷却する環状の冷却装置を具備していることを特
徴とする。本発明を使用する電気自動車のバッテリ充電
システムは、１次巻線を有する取外し可能な１次側誘導
型充電結合器を有する変成器を具備し、１次巻線は固定
された電源から給電され、充電結合器変成器の誘導型充
電受け部中に挿入され、そこにある磁気回路および電気
的２次回路を付勢する。充電中に変成器中で発生された
熱は冷却装置により冷却される。本発明においては冷却
装置は環状の２次巻線を収容している磁気コアのハウジ
ング部分の環状凹部内で環状の２次巻線とハウジング部
分との間に配置されているために非常に小型でコンパク
トな構造とすることができ、しかも環状に構成されてい
るため環状の２次巻線の側面に接触して効率よく冷却す
ることができる。
【０００６】本発明の別の特徴は、誘導型充電受け部の
変成器の２次巻線の付近から熱を除去するために２次巻
線に隣接してヒートパイプを配置することによって電気
自動車の充電用変成器の冷却された充電受け部２次巻線
を提供することにある。本発明の別の特徴は、大量のエ
ネルギを伝達する高性能の誘導型充電結合変成器を提供
して電源から自動車への磁気結合が直接の電気的接触の
必要なしに行われることができ充電処理に携わる人の安
全が確保されることである。本発明のさらに別の特徴
は、変成器によって大量のエネルギを伝達することので
きる高性能の誘導型充電結合変成器を提供し、変成器、
特にその２次巻線構造を自動車の性能を最大にするよう
に軽量化することである。
【０００７】本発明のさらに別の特徴は、一部が自動車
上に位置し、別の一部が電源に恒久的に接続されるよう
に分離可能である自動車バッテリ充電用変成器を提供す
ることである。恒久的に自動車内に設置される部分は冷
却手段を設けられ、それは分離された部分を冷却するよ
うに機能する。
【０００８】
【実施例】本発明の目的および効果は添付図面を参照に
した以下の実施例によって明らかとなるであろう。図１
に示された自動車10は少数の人と少量の荷物を輸送する
形式の自動車である。この自動車は動輪に接続された電
力モータを駆動するためのバッテリを搭載している。適
当な電気的および機械的制御装置が自動車の速度および
方向を制御するために設けられている。搭載されたバッ
テリは周期的に再充電可能でなければならない。本発明
のシステムでは充電電力は自動車が駐車している位置に
隣接して位置している固定された電源12から供給され
る。図示実施例において、自動車10は自動車の所有者の
家の近くの道路に駐車している。固定電源12はまた所有
者が働いている、或いは買物をしているときの自動車の
駐車位置に隣接して位置していてもよい。
【０００９】本発明では、自動車は直接接続でこの電源
12から給電されるのではなく、充電接続は誘導結合で行
われる。変成器は電源12から電力を受けて自動車の変成
器２次巻線に磁気結合によって電力を伝送するように設
計されている。２次巻線は自動車のバッテリを充電する
ために適切に接続されている。電源周波数は変成器パラ
メータを含む全体的な電源パラメータと関連して選択さ
れる。誘導型充電結合器16は、図１では自動車10の誘導
型充電受け部に挿入された状態で示され、図２には拡大
された断面図で示されており、ケーブル15によって固定
電源12に接続されている。ケーブル15は電気ケーブル、
冷却流体管（必要な場合）、および制御回路を含んでい
る。
【００１０】誘導型充電結合器16は変成器２次側磁気コ
ア20, 22と結合する磁気コア18を有している。２次側磁
気コア20, 22は円形中央プラグ24, 26を備え、それらは
円形の１次側磁気コア18と整合する。これは中央プラグ
24が描かれている図３に明瞭に示されている。図２に示
されるように、１次巻線28は１次側磁気コア18の周囲に
巻回されている。２次巻線30, 32それぞれ円形中央プラ
グ24, 26の周囲に巻回され、１次巻線28と対応してい
る。磁気回路は指状部分34, 35によってこれらの巻線の
外側で完成している。２次側が組立てられるとき、これ
らの指状部分は対面して接触した状態となる。１次巻線
および２次巻線もまた対面して接触して位置している。
２個の２次巻線の使用は効率を増加させる。
【００１１】変成器、特にその２次巻線を冷却するため
に熱の抽出が行われる。ヒートパイプ36, 38は変成器２
次巻線側と直接接触して配置されている。これらのヒー
トパイプは同じであり、ヒートパイプ36が図４に後部カ
バーが除かれた状態で詳細に示されている。ヒートパイ
プ36は環状体40を有し、ヒートパイプ38は環状体42を有
している。図２に示されるように各環状体40, 42は２次
巻線の１次巻線と接触している側面と反対側の側面に２
次巻線30, 32の１つに対して直接接触して位置してい
る。
【００１２】図４は後部カバーが除去されたヒートパイ
プ36を示している。ヒートパイプ38も同様である。コン
デンサ44, 46がヒートパイプの一部として形成されてい
る。コンデンサ44, 46はそれぞれ鰭（フィン）48, 50を
有している。これらの鰭は周囲大気にコンデンサから熱
を転送するための１組のひれである。環状体、コンデン
サ、およびひれはアルミニウムのような高い熱伝導係数
を有する非磁性材料で一体に形成されている。ヒートパ
イプチャンネル52, 54は環状体およびコンデンサ中に形
成されている。ヒートパイプは２個の半分の部分から構
成され、ヒートパイプ36は組立てのために線53, 53に沿
って分離可能である。各チャンネルは環状体の周囲のほ
ぼ半分にわたって延在し、そのコンデンサ構造中で終端
している。各チャンネルはヒートパイプ流体を供給さ
れ、それは環状体中で沸騰して通常の動作状態下でコン
デンサ中で凝縮する。これは環状体からコンデンサへ熱
を転送し、したがって周囲へ転送する。凝縮された液体
は、図４に示されるように重力によっヒートパイプのチ
ャンネルを通って環状体へ戻るように流れる。環状体は
芯材料が詰込まれてそれが重力と無関係に環状体を通っ
て流れるヒートパイプ液体を分配するようにしてもよ
い。芯材料およびヒートパイプ液体がヒートパイプチャ
ンネル内に位置されたとき、後部カバーが所定の位置に
配置され、図３に示されたような構造が得られる。この
ようにして熱は２次巻線の付近から直接抽出される。
【００１３】図５に示されたヒートパイプ構造56は変成
器２次巻線を冷却するために使用されるのに適当なヒー
トパイプの別の好ましい実施例を示している。ヒートパ
イプ構造56は関連するコンデンサパネル60と共に半分の
環状体58を有している。溝62および64は環状体の半分の
部分の少なくとも一部分を通ってコンデンサパネル60か
ら延在する形状である。溝62, 64は予め製作されたヒー
トパイプ管を受けるような形状であり、そのヒートパイ
プ管は展性材料で作られ密封されている。ヒートパイプ
は芯材料およびヒートパイプ液体を含み、ヒートパイプ
機能のために任意の都合のよい位置に設置されることが
できる。この場合にこのような管状の予め製作されたヒ
ートパイプは溝62, 64中に配置される。２個のヒートパ
イプ構造56が共に使用され、それぞれ環状体の半分を構
成し、２個の予め製作されたヒートパイプおよび１個の
コンデンサパネルを有している。１対は中央プラグ24の
周囲に設置され、別の１対は中央プラグ26の周囲に設置
される。組立てられたとき断面は図２に非常によく似て
いるが、方形のヒートパイプの代りに予め形成されたヒ
ートパイプの管が２次巻線に対して押付けられている。
【００１４】ヒートパイプの使用は非常に効率よく変成
器内で発生した熱を変成器の外部の環境中に転送する。
小さい断面の熱転送面積、２次巻線および貧弱な熱伝導
度の磁性材料上の電気絶縁のために、特にこれらのヒー
トパイプの使用により与えられた熱除去設備は変成器の
性能を改善する。より高い温度は変成器巻線の熱抵抗を
増加させ、磁気コアの効率を低下させ、絶縁材料の温度
制限により電力転送寮が制限されるか、またはヒートパ
イプ構造により与えられるような効率的な熱転送を必要
とする。
【００１５】同じ大きさの装置において高い電力転送を
可能にするのに加えて、２次巻線の冷却はまたプローブ
16中の１次巻線も冷却する。充電が終了してプローブ16
が取外されるときそれは人に触れても火傷しないように
十分に冷却されなければならない。変成器２次巻線の冷
却は変成器１次巻線を冷却する付加的な利点を有し、こ
れは好ましい安全な装置を得ることを可能にする。
【００１６】以上、本発明は好ましい最良の形態の実施
例について説明されているが、種々の変形、変更、およ
び実施態様が本発明の技術的範囲を逸脱することなく当
業者によって行われることができることは明白である。
したがって本発明の技術的範囲は特許請求の範囲の記載
によってのみ定められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例の充電ステーションに近接し
た位置の自動車の斜視図。
【図２】図１の線２−２に沿った部分的に破断して示し
た拡大断面図。
【図３】電気自動車のバッテリ充電用変成器の部品の関
係を示す分解斜視図。
【図４】後部カバーが除去されたヒートパイプの第１の
実施例の斜視図。
【図５】充電用変成器の２次側の付近から熱を除去する
ために使用されるヒートパイプの第２の実施例の斜視
図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウイリアム・クオン アメリカ合衆国、カリフォルニア州 91803、アルハンブラ、エッジウッド・ ドライブ 1641 (72)発明者 セルジオ・ラモス アメリカ合衆国、カリフォルニア州 90744、ウイルミントン、エヌ・ブロー ド・アベニュー 1733 (56)参考文献 特開 平５−258962（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−17116（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−107505（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−165302（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−245326（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−41637（ＪＰ，Ｕ) 実開 平６−44301（ＪＰ，Ｕ)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 固定された電源に電気的に接続された１
    次巻線を有する充電結合器を取外し可能に受けるように
    構成されている自動車に設置された誘導型充電受け部を
    具備している自動車のバッテリ充電用変成器において、 前記誘導型充電受け部は、自動車のバッテリに電気的に
    接続された環状の２次巻線と、この環状の２次巻線が内
    部に配置されている環状凹部およびこの環状の２次巻線
    の中央を通って突出する中心柱状体を有するハウジング
    部分により構成されている磁気コアとを具備し、磁気コ
    アは前記充電結合器が前記充電受け部に結合されたとき
    前記 １次巻線と前記２次巻線を通る磁気回路を完成さ
    せ、 前記誘導型充電受け部はさらに、前記磁気コアのハウジ
    ング部分の前記環状凹部内で前記環状の２次巻線とハウ
    ジング部分との間に配置されて環状の ２次巻線を冷却す
    る環状の冷却装置を具備していることを特徴とする自動
    車のバッテリ充電用変成器。
  2. 【請求項２】 前記環状冷却装置は前記変成器２次巻線
    に隣接する内部流体通路を有している請求項１記載の変
    成器。
  3. 【請求項３】 熱交換流体が前記環状冷却装置の内部流
    体通路中に含まれている請求項２記載の変成器。
  4. 【請求項４】 前記誘導型充電受け部は前記充電結合器
    を受けるスロットを具備し、 前記２次巻線は、自動車のバッテリに電気的に接続され
    た第１の環状の２次巻線と第２の環状の２次巻線とから
    構成され、それら第１と第２の環状の２次巻線は前記ス
    ロットの両側に対向して配置され、前記磁気コアはこれ
    ら第１の環状の２次巻線と第２の環状の２次巻線がそれ
    ぞれ内部に配置されている環状凹部およびこの環状の２
    次巻線の中央を通って突出する中心柱状体を有する第１
    のハウジング部分と第２のハウジング部分により構成さ
    れ、それら第１のハウジング部分と第２のハウジング部
    分との間に前記スロットが形成され、磁気コアは前記充
    電結合器が前記充電受け部に結合されたとき前記１次巻
    線と前記第１および第２の２次巻線を通る磁気回路を完
    成させ、 前記誘導型充電受け部はさらに、前記磁気コアの前記第
    １および第２のハウジ ング部分の前記環状凹部内で前記
    第１および第２の環状の２次巻線と各ハウジング部分と
    の間にそれぞれ配置されて環状の２次巻線を冷却する第
    １および第２の環状の冷却装置を具備し ている請求項１
    記載の変成器。
  5. 【請求項５】 駆動用電気モータと、この駆動用電気モ
    ータに接続されて付勢するバッテリと、このバッテリが
    固定された電源から充電されることを可能にするバッテ
    リの充電手段とを具備している電気自動車において、 前記電気自動車に取付けられた変成器の２次側を構成す
    る誘導型充電受け部を具備し、 この変成器２次側の誘導型充電受け部は、固定された電
    源に電気的に接続された１次巻線を有する充電結合器を
    取外し可能に受けるように構成されているスロットを具
    備し、 前記誘導型充電受け部の変成器２次巻線は前記スロット
    の両側に対向して配置されている自動車のバッテリに電
    気的に接続された第１の環状の２次巻線と第２の環状の
    ２次巻線とにより構成され、前記誘導型充電受け部はこ
    れら第１の２次巻線と第２の２次巻線がそれぞれ内部に
    配置されている環状凹部および各環状の２次巻線の中央
    を通って突出する中心柱状体を有する磁気コアよりなる
    第１のハウジング部分と第２のハウジング部分とを具備
    し、それら第１のハウジング部分と第２のハウジング部
    分との間に前記スロットが形成され、前記充電結合器が
    前記スロット中に挿入されたとき前記１次巻線と前記第
    １および第２の２次巻線が磁気的に結合されて磁気コア
    により前記第１および第２の２次巻線を通る磁気回路を
    完成させ、 さらに、前記磁気コアの前記第１および第２のハウジン
    グ部分の前記環状凹部内で前記第１および第２の環状の
    ２次巻線とハウジング部分との間にそれぞれ配置されて
    ２次巻線を冷却して変成器の温度上昇を制限する第１お
    よび第２の環状の 冷却装置を具備していることを特徴と
    する電気自動車。
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