JP6078278B2

JP6078278B2 - 給電ユニット

Info

Publication number: JP6078278B2
Application number: JP2012206190A
Authority: JP
Inventors: 在徳東山; 山本　貴久; 貴久山本
Original assignee: Kojima Industries Corp
Current assignee: Kojima Industries Corp
Priority date: 2012-09-19
Filing date: 2012-09-19
Publication date: 2017-02-08
Anticipated expiration: 2032-09-19
Also published as: JP2014060374A

Description

本発明は、給電ユニットに係り、特に、環状コイルを有する給電ユニットに関する。

近年、非接触状態で送電装置から受電装置に電力を供給することで給電を行う非接触給電システムが注目されている。非接触給電システムでは、環状コイルに高周波数の電流を流すことで生じる電磁誘導等を利用して給電を行っており、環状コイルに電流が流れる際に発熱する。この熱温度が高くなると環状コイルを被覆する絶縁部材の絶縁性能に悪影響を与える可能性があるため、適宜コイルを冷却することが望まれる。そのため、非接触給電システムにおける給電ユニットでは、環状コイルを収納する円柱形状を有するケースの側面に冷却風の流入用ダクトを設けて、流入用ダクトと反対側の側面に排出用ダクトを設けている。さらに、流入用側ダクトからケース内において二股に分かれて環状コイルの周りを囲むように設けられて排出用側ダクトで再び合流する形状を有するケース内ダクトが設けられている。そして、上記給電ユニットでは、ケース外から冷却風が流入用ダクトを介してケース内へ流入し、ケース内ダクトを流れた冷却風が排出用ダクトを介してケース外へ排出されている。このように、ケース内ダクトを流れた冷却風を環状コイルに接触させることで環状コイルが冷却されている。

本発明に関連する技術として、例えば、特許文献１には、充電する際に１次コイルと２次コイルを電気的に非接触の状態で結合させ、１次コイルに電力を供給することによって２次コイルに誘導起電力を発生させる給電装置が開示されている。

特開２０００−１３３５３６号公報

上記のように、冷却風を環状コイルに接触させることで環状コイルの冷却を行うことが可能であるが、コイル全体に満遍なく冷却風を接触させるためには上記のように二股に分かれたケース内ダクトを設ける必要がある。このような構成では、流入用ダクトから流れ込む冷却風の流量がケース内ダクトで２つに分かれることで環状コイルの周りを流れる冷却風の流量が減少し、これにより、環状コイルの冷却性能が低下してしまうという課題がある。

本発明の目的は、環状コイルを効率よく冷却することを可能とする給電ユニットを提供することである。

本発明に係る給電ユニットは、環状コイルと、前記環状コイルの外周部が円筒状ケースの内周面に面するように、前記環状コイルを収納する円筒状ケースであって、軸方向両端が塞がれた円筒状ケースと、前記ケースの上面又は下面の中央部に設けられ、前記環状コイルの内側から冷却風が送られる排出側ダクトと、前記ケースの上面又は下面の外周部であって、前記排出側ダクトより外周側に設けられる流入側ダクトと、前記ケース外から冷却風が前記流入側ダクトを介して前記ケース内に流入され、前記ケース内から前記冷却風が前記排出側ダクトを介して前記ケース外へ排出されるように吸引する吸引部と、を備え、前記流入側ダクトは、前記冷却風の流れが前記ケース内で渦を描いて中央部に向かうように前記冷却風を案内する案内部を有することを特徴とする。

また、本発明に係る給電ユニットにおいて、前記流入側ダクトは、前記環状コイルよりも外周側に設けられていることが好ましい。

本発明によれば、ケースの上面又は下面の外周部に設けられる流入側ダクトを介して冷却風がケース内に流れ込む。このように流れ込んだ冷却風は、案内部によって渦を描くように中央部に向かって流れ、流出側ダクトを介してケース外へ排出される。したがって、環状コイルに満遍なく冷却風を接触させることで効率よくコイルを冷却することができる。

本発明に係る実施の形態において、非接触給電システムの概略図である。本発明に係る実施の形態において、給電ユニットの概略図である。図２のＡ−Ａ線断面図である。

以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。

図１は、非接触給電システム１０の概略図である。非接触給電システム１０は、送電装置２０と、受電装置３０とを備える。非接触給電システム１０は、送電装置２０と受電装置３０とが非接触の状態のまま、送電装置２０から受電装置３０へ電力を供給することで給電を行う。非接触給電システム１０では、共鳴法による送電方式を用いている。

送電装置２０は、交流電源２２と、高周波電力ドライバ２４と、一次電磁誘導コイル２６と、一次自己共振コイル２８とを含む。交流電源２２は、外部の商用交流電源である。高周波電力ドライバ２４は、交流電源２２から受ける電力を高周波の電力に変換し、その変換した高周波電力を一次電磁誘導コイル２６へ供給する。

一次電磁誘導コイル２６は、一次自己共振コイル２８と同軸上に配置され、電磁誘導により一次自己共振コイル２８と磁気的に結合可能である。そして、一次電磁誘導コイル２６は、高周波電力ドライバ２４から供給される高周波電力を電磁誘導により一次自己共振コイル２８へ給電する。一次電磁誘導コイル２６は、図示しない絶縁部材によって被覆されている。

一次自己共振コイル２８は、両端がオープン（非接続）のＬＣ共振コイルであり、受電装置３０の二次自己共振コイル３２と電磁場を介して共鳴することにより受電装置３０へ電力を送電する。なお、一次自己共振コイル２８の容量成分は、コイルの浮遊容量であるが、別途コンデンサ（図示せず）をコイルの両端に接続してもよい。一次自己共振コイル２８は、受電装置３０の二次自己共振コイル３２との距離や、一次自己共振コイル２８および二次自己共振コイル３２の共鳴周波数等に基づいて、Ｑ値および結合度κ等が大きくなるようにその巻数が適宜設定される。一次自己共振コイル２８は、図示しない絶縁部材によって被覆されている。

受電装置３０は、二次自己共振コイル３２と、二次電磁誘導コイル３４と、整流器３６と、コンデンサ３７と、蓄電池３８とを含む。二次自己共振コイル３２は、両端がオープン（非接続）のＬＣ共振コイルである。二次自己共振コイル３２は、送電装置２０の一次自己共振コイル２８と電磁場を介して共鳴することにより送電装置２０からの電力を受電する。なお、二次自己共振コイル３２の容量成分は、コイルの浮遊容量であるが、別途コンデンサ（図示せず）をコイルの両端に接続してもよい。

二次自己共振コイル３２は、上記一次自己共振コイル２８と同様に、送電装置２０の一次自己共振コイル２８との距離や、一次自己共振コイル２８および二次自己共振コイル３２の共鳴周波数等に基づいて、Ｑ値および結合度κ等が大きくなるようにその巻数が適宜設定される。二次自己共振コイル３２は、図示しない絶縁部材によって被覆されている。

二次電磁誘導コイル３４は、二次自己共振コイル３２と同軸上に配置され、電磁誘導により二次自己共振コイル３２と磁気的に結合可能である。この二次電磁誘導コイル３４は、二次自己共振コイル３２により受電された電力を電磁誘導により取出して整流器３６へ出力する。二次電磁誘導コイル３４は、図示しない絶縁部材によって被覆されている。

整流器３６は、二次電磁誘導コイル３４によって取出された交流電力を一旦直流電力に変換する整流回路である。コンデンサ３７は、整流器３６から出力される直流電力を平滑化して蓄電池３８に出力する容量回路である。蓄電池３８は、再充電可能な直流電源であり、たとえばリチウムイオンやニッケル水素などの二次電池から成る。蓄電池３８は、コンデンサ３７から供給される電力を蓄える。

図２は、本実施形態における給電ユニット４０の概略図である。図３は、図２のＡ−Ａ線断面図である。図２では、分かり易さを考慮して、ケース４８と、ケース４８に収納される二次自己共振コイル４２、二次電磁誘導コイル４４、整流器４６及びコンデンサ４７とを分けた状態で示している。給電ユニット４０は、二次自己共振コイル４２と、二次電磁誘導コイル４４と、整流器４６と、コンデンサ４７と、ケース４８と、流入側ダクト５０と、排出側ダクト５２と、吸引部５４とを備える。

二次自己共振コイル４２及び二次電磁誘導コイル４４は、図１の二次自己共振コイル３２及び二次電磁誘導コイル３４に対応するコイルである。二次自己共振コイル３２及び二次電磁誘導コイル３４は、ほぼ同一の径の円形の環状を有しており、図２に示されるように同軸上に所定の間隔をおいて支持部材により支持されている。

整流器４６及びコンデンサ４７は、図１の整流器３６及びコンデンサ３７に対応する電気回路である。整流器３６及びコンデンサ３７は、直方体の形状を有しており、二次自己共振コイル４２及び二次電磁誘導コイル４４の内周側に配置されて支持部材により支持されている。

ケース４８は、二次自己共振コイル４２及び二次電磁誘導コイル４４の径よりも大きい径の円柱の形状を有している。ケース４８は、ケース部４８ａとケース部４８ｂとを備える。ケース部４８ａ及びケース部４８ｂは、それぞれ、一方が塞がれ他方が開放されている筒状をなしており、これらを嵌合することで二次自己共振コイル４２、二次電磁誘導コイル４４、整流器４６及びコンデンサ４７を収納することができる。

流入側ダクト５０は、ケース４８の上面において、二次自己共振コイル４２及び二次電磁誘導コイル４４よりも外径側に対応する外周部に設けられるダクトである。流入側ダクト５０は、ケース４８外から冷却風（空気）を取り込むことができる。また、流入側ダクト５０は、図３に示されるように、ケース４８内で冷却風が二次自己共振コイル４２及び二次電磁誘導コイル４４の周方向に沿って流れ込むように冷却風を案内するために周方向に沿った筒状の案内部５１を有している。

排出側ダクト５２は、ケース４８の上面の中央部に設けられるダクトである。排出側ダクト５２の端部には吸引部５４が設けられている。吸引部５４は、ケース４８外から冷却風が流入側ダクト５０を介してケース４８内に流入され、ケース４８内に流入された冷却風が排出側ダクト５２を介してケース４８外へ排出されるように吸引するためのファンである。

続いて、上記構成の給電ユニット４０の作用について、図２，３を用いて説明する。給電ユニット４０では、二次自己共振コイル４２及び二次電磁誘導コイル４４に電流が流れた際に発生する熱を冷ますために吸引部５４を作動させる。吸引部５４が作動すると、ケース４８外から冷却風が流入側ダクト５０を介してケース４８内へ流れ込み、この冷却風が案内部５１の案内によって二次自己共振コイル４２及び二次電磁誘導コイル４４の周方向に沿って流れるように導かれる。そして、上記のように、周方向に沿って流れる冷却風は、ケース４８の内壁に導かれながらケース４８内において渦を描くように中心部に向かって流れ、排出側ダクト５２を介してケース４８外に排出される。これにより、流入側ダクト５０を介して流れ込んだ冷却風の流量を変えることのないまま、二次自己共振コイル４２及び二次電磁誘導コイル４４に満遍なく冷却風を接触させることができるため、効率よく二次自己共振コイル４２及び二次電磁誘導コイル４４を冷却することができる。

また、冷却風が渦を描くように中心部に向かって流れるため、冷却風をコンデンサ４７及び整流器４６にも接触させることで、コンデンサ４７及び整流器４６を冷却することができる。さらに、上記給電ユニット４０によれば、ケース内４８において、冷却風を流すためのケース内ダクトを設ける必要が無いためコストメリットもある。

なお、本発明は上述した実施形態および変形例に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項およびその均等な範囲において種々の改良や変更が可能である。

例えば、上記給電ユニット４０は、受信装置３０に設けられる二次自己共振コイル４２、二次電磁誘導コイル４４、整流器４６及びコンデンサ４７を収容しているケース４８を備える給電ユニットであるとして説明したが、送信装置２０に設けられる一次電磁誘導コイル２６及び一次自己共振コイル２８を収容するケースを備える給電ユニットであってもよい。

上記では、一次電磁誘導コイル２６、一次自己共振コイル２８、二次自己共振コイル４２及び二次電磁誘導コイル４４は円形の環状を有するものとして説明したが、円形に限定されず、例えば八角形等の多角形の環状であってもよい。

また、流入側ダクト５０及び排出側ダクト５２は、ケース４８の上面に設けられるものとして説明したが、もちろん、双方ともに下面に設けてもよく、一方を上面、他方を下面に配置してもよい。

さらに、給電ユニット４０は、共鳴法による送電方式を用いて給電を行うものとして説明したが、その他の送電方式を用いてもよく、例えば、電磁誘導の原理を利用した給電を行うものであってもよい。

また、流入側ダクト５０の案内部５１は、図３に示されるように、二次自己共振コイル４２及び二次電磁誘導コイル４４の周方向に沿って流れ込むように冷却風を案内するための短い筒状の部材であるとして説明したが、もちろん、その他の部材であってもよい。例えば、冷却風が成形された渦を描くように周方向に沿った形状で、径の異なる案内部材を複数配置してもよい。

１０非接触給電システム、２０送電装置、２２交流電源、２４高周波電力ドライバ、２６一次電磁誘導コイル、２８一次自己共振コイル、３０受電装置、３２二次自己共振コイル、３７コンデンサ、３４二次電磁誘導コイル、３６整流器、３８蓄電池、４０給電ユニット、４２二次自己共振コイル、４７コンデンサ、４４二次電磁誘導コイル、４６整流器、４８ケース、４８ａ，４８ｂケース部、５０流入側ダクト、５１案内部、５２排出側ダクト、５４吸引部。

Claims

環状コイルと、
前記環状コイルの外周部が円筒状ケースの内周面に面するように、前記環状コイルを収納する円筒状ケースであって、軸方向両端が塞がれた円筒状ケースと、
前記ケースの上面又は下面の中央部に設けられ、前記環状コイルの内側から冷却風が送られる排出側ダクトと、
前記ケースの上面又は下面の外周部であって、前記排出側ダクトより外周側に設けられる流入側ダクトと、
前記ケース外から冷却風が前記流入側ダクトを介して前記ケース内に流入され、前記ケース内から前記冷却風が前記排出側ダクトを介して前記ケース外へ排出されるように吸引する吸引部と、
を備え、
前記流入側ダクトは、前記冷却風の流れが前記ケース内で渦を描いて中央部に向かうように前記冷却風を案内する案内部を有することを特徴とする給電ユニット。
請求項１に記載の給電ユニットにおいて、
前記流入側ダクトは、前記環状コイルよりも外周側に設けられていることを特徴とする給電ユニット。