JP6135425B2 - 非接触受電装置の車載構造 - Google Patents
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Description
本発明は、給電側コイルから送電される電力を非接触で受電する受電側コイルを備える非接触受電装置の車載構造に関する。
特許文献1には、路上に配置した送電側コイルから車体の下面に搭載した受電側コイルに、電磁誘導作用により電力供給を行って、車体の下面に搭載したバッテリを充電するようにした技術が開示されている。
ところで、上記したような非接触で電力の供給を受ける車両では、受電側コイルを車体の下面に搭載する際に、例えばボルトなどの締結部材を用いること一般的である。その際、重量物である受電側コイルを車体の下面に強固に固定するためには、ボルトなどの締結部材は靱性の高い鉄製とすることがコスト面においても最適である。
しかしながら、鉄製の締結部材は、磁性体部材であり、そのため受電時に受電側コイルで発生する磁束が、磁性体部材である締結部材を通過することで渦電流を発生させ、締結部材を加熱してしまう恐れがある。
そこで、本発明は、受電側コイルを車体の下面に取り付けるための締結部材が磁性体であっても、磁性体の締結部材が受電側コイルで発生する磁束により加熱されるのを抑制することを目的としている。
本発明は、車体の下面に搭載され、車両前後方向をコイル軸として導電線を巻いた受電側コイルが、磁性体からなる締結部材により車体に取り付けられ、この締結部材は、コイル軸と直交する方向において受電側コイルよりも外側に配置されている。
本発明によれば、車両前後方向をコイル軸として導電線を巻いた受電側コイルは、コイル軸方向の磁束が多くなる。このため、締結部材を、コイル軸方向よりも磁束が少なくなるコイル軸と直交する方向において受電側コイルよりも外側に配置することで、締結部材を通過する磁束の量を抑制でき、締結部材の渦電流発生による加熱を抑制できる。
以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。
[第1の実施形態]
図1に示す第1の実施形態の非接触給電装置は、地上側ユニットである給電装置100と、車両側ユニットである受電装置200と、を備え、給電スタンド等に配置される給電装置100から、電気自動車やハイブリッド車に代表される車両1に搭載された受電装置200に非接触で電力を供給し、車載バッテリ27を充電するものである。
図1に示す第1の実施形態の非接触給電装置は、地上側ユニットである給電装置100と、車両側ユニットである受電装置200と、を備え、給電スタンド等に配置される給電装置100から、電気自動車やハイブリッド車に代表される車両1に搭載された受電装置200に非接触で電力を供給し、車載バッテリ27を充電するものである。
給電装置100は、給電スタンド近傍の駐車スペース2に配置した給電側コイルとしての送電コイル12を備えている。一方、受電装置200は、車両1を駐車スペース2の所定位置に止めたときに、送電コイル12に対向するように車両1の底面に配設した受電コイル22を備えている。
送電コイル12は、導電線からなる一次コイルを主体としていて給電部を構成している。また、受電コイル22は、同じく導電線からなる二次コイルを主体としていて受電部を構成している。両コイル間における電磁誘導作用により、送電コイル12から受電コイル22へ非接触に電力を供給可能としている。
地上側の給電装置100は、電力制御部11と、送電コイル12と、無線通信部13と、制御部14と、を備えている。
電力制御部11は、交流電源300から送電される交流電力を、高周波の交流電力に変換し、送電コイル12に送電するための回路で、整流部111と、PFC回路112と、インバータ113と、センサ114と、を備えている。整流部111は、交流電源300に電気的に接続され、交流電源300からの出力交流電力を整流する回路である。PFC回路112は、整流部111からの出力波形を整形することで力率を改善するための回路(Power Factor Correction)であり、整流部111とインバータ113との間に接続されている。
無線通信部13は、車両1側に設けられた無線通信部23と双方向に通信を行う。
制御部14は、給電装置100全体を制御する部分であり、無線通信部13,23間の通信により給電装置100からの電力供給を開始する旨の信号を車両1側に送信したり、車両1側から給電装置100からの電力を受給したい旨の信号を受信したりする。
制御部14は、この他に、センサ114の検出電流にもとづいてインバータ113のスイッチング制御を行い、送電コイル12から送電される電力を制御する。また、給電中に異物センサ15からの検出信号にもとづいて、給電停止を行い、あるいは無線通信部13,23を通じて車両1側に警告信号を送信する。
異物センサ15として、例えば金属検知コイルが用いられ、給電中に送電コイル12と受電コイル22との間に形成される磁場に金属異物が侵入,あるいは介在した場合には、異物センサ15の検出電気信号により、制御部14により直ちに警告あるいは給電停止を促して、金属異物の磁場介在に起因する給電不良等の不具合の発生を未然に防止する。
車両1側の受電装置200は、受電コイル22と、無線通信部23と、充電制御部24と、整流部25と、リレー部26と、バッテリ27と、インバータ28と、モータ29と、通知部30と、を備えている。
受電コイル22は、後述するように車両1を駐車スペース2の所定の停止位置に駐車すると、送電コイル12の直上に正対し、該送電コイル12と距離を保って位置づけられる。
整流部25は、受電コイル22に接続され、受電コイル22で受電された交流電力を直流に整流する整流回路により構成されている。
リレー部26は、充電制御部24の制御によりオンおよびオフが切り換わるリレースイッチを備えている。また、リレー部26は、リレースイッチをオフにすることで、バッテリ27を含む主回路系と、充電の回路部となる受電コイル22および整流部25とを切り離す。
バッテリ27は、複数の二次電池を接続することで構成され、車両1の電力源となる。インバータ28は、IGBT等のスイッチング素子を有したPWM制御回路等の制御回路であって、スイッチング制御信号にもとづいて、バッテリ27から出力される直流電力を交流電力にし、モータ29に供給する。モータ29は、例えば三相の交流電動機により構成され、車両1を駆動させるための駆動源となる。
通知部30は、警告ランプ、ナビゲーションシステムのディスプレイまたはスピーカ等により構成され、充電制御部24による制御にもとづいて、ユーザに対して光,画像または音声等を出力する。
充電制御部24は、バッテリ27の充電を制御するためのコントローラであり、無線通信部23、通知部30、リレー部26等を制御する。充電制御部24は、充電を開始する旨の信号を、無線通信部23,13の通信により制御部14に送信する。
また、充電制御部24は、車両1の全体を制御する図外のコントローラとCAN通信網で接続されている。このコントローラは、インバータ28のスイッチング制御や、バッテリ27の充電状態(SOC)を管理する。そして、充電制御部24は、このコントローラにより、バッテリ27の充電状態にもとづいて満充電に達した場合に、充電を終了する旨の信号を制御部14に送信する。
本実施形態の非接触給電装置では、送電コイル12と受電コイル22との間で、電磁誘導作用により非接触状態で高周波電力の送電および受電を行う。言い換えると、送電コイル12に電圧が加わると、送電コイル12と受電コイル22との間には磁気的な結合が生じ、送電コイル12から受電コイル22へ電力が供給される。
ここで、上述の送電コイル12と受電コイル22の各々相対する保護筐体面は、電磁誘導域であるためその妨げにならないように合成樹脂材で構成される。
図2〜図10は、上述の受電コイル22およびバッテリ27の車両1への搭載状態を示している。すなわち、非接触充電装置における非接触受電装置の車載構造を示している。
受電コイル22およびバッテリ27は、何れも車両1のフロアパネル40の下面に搭載している。受電コイル22は、後述する受電側コイルとしてのコイル本体221が、車両前後方向に延びるコイル軸P(図11参照)を備え、このコイル軸Pの周りに導電線としての電線91を巻いたソレノイド型のコイルである。すなわち、受電コイル22は、車体の下面に搭載されており、送電コイル12から送電される電力を非接触で受電し、車両前後方向をコイル軸Pとして該コイル軸Pの周りに電線91を巻いたコイル本体221を備えている。
受電コイル22は、その搭載位置をフロアパネル40の前端部下面の車幅方向中央部に設定してあり、バッテリ27はこの受電コイル22の配設部の後側近傍位置から車両後方に亘る広い面積を占有して搭載している。
フロアパネル40はその前端にフロントコンパートメント1Fと車室1Rとを隔成するダッシュパネル41を接合配置してあり、その車幅方向中央(車両中心)には車室1R側に膨出して車両前後方向に延在するトンネル部42を備えている(図2、図3参照)。
トンネル部42の両側の膨出基部に沿って車両前後方向に延在する閉断面の補剛部43を形成してある。
フロアパネル40は、これらトンネル部42およびその補剛部43と、車幅方向両側に車両前後方向に配設したサイドシル44、車幅方向に配設した複数のクロスメンバ45、およびフロア前部側で前記各補剛部43とこれに近接したサイドシル44とを結合するアウトリガー46等のフロア骨格部材により所要のフロア剛性を確保している(図2〜図4参照)。
そこで、大型でかつ重量のあるバッテリ27は、上述のサイドシル44,クロスメンバ45等の主要骨格部材と、トンネル部42の補剛部43にしっかりと締結固定している。
一方、受電コイル22は上述の搭載設定位置、即ち、フロアパネル40の前端部下面の車幅方向中央位置で、トンネル部42の下側開放部に跨って結合配置してある(図4参照)。
その際、受電コイル22は、図9(A),(B)に示すように、その車幅方向の幅寸法W2をトンネル部42の下側開放部の幅寸法W1よりも大きく設定している(W1<W2)。そして、この受電コイル22は、トンネル部42の下側開放部の補剛部43,43に跨って、あるいはアウトリガー46,46に跨って結合配置してある。
受電コイル22は、受電用のコイル本体221と、該コイル本体221を格納固定したアルミ等の非磁性金属製の保護筐体222と、保護筐体222の下側開放部を閉塞した蓋体223と、を備えた方形の盤状として構成している。この蓋体223は前述の理由により適宜の合成樹脂製として、送電コイル12と受電コイル22との電磁誘導作用の妨げとならないようにしている(図5、図6参照)。
保護筐体222の上面中央には、配電盤(分配装置)やリレー(リレー部26)、コントローラ(充電制御部24)等を格納したジャンクションボックス225を配設してある。図5、図6に示す例では、保護筐体222の上面中央に、整流器(整流部25)やコンデンサ等の電装部品を格納した電装ボックス224を設けてある。
ジャンクションボックス225は電装ボックス224と投影平面で同じ大きさに別体成形して、この電装ボックス224上に脱着可能に組付けている。これにより、受電コイル22は、下面側の蓋体223から上面側の電装ボックス224までの構成体を下側配置部とし、ジャンクションボックス225を上側配置部としている。
電装ボックス224は、保護筐体222と一体に形成して、内部をコイル本体221の格納部分とは仕切プレートで隔成する。なお、電装ボックス224は、保護筐体222と別体に構成することもできる。
ここで、受電コイル22には、図6〜図8に示すように、車幅方向両側に、車体の下面に取り付けるための取付部22aが、車幅方向外側に突出するようにして設けてある。取付部22aには、ボルト挿入孔22ahを形成し、ボルト挿入孔22ahに図9(A),(B)に示すボルトBを挿入して、補剛部43,43、あるいはアウトリガー46に受電コイル22を締結固定する。
ボルトBは、鉄製の磁性体からなる締結部材を構成している。鉄製のボルトBは、靱性が高く、疲労耐久性が高く、コスト的にも有利である。このため、鉄製のボルトBは、特に電装ボックス224およびジャンクションボックス225を上部に備えて重量物となる受電コイル22を車体下面に強固に取り付けるには最適である。
一方で、受電コイル22は、図11に示すように、受電側コイルとなるコイル本体221が、車両前後方向をコイル軸Pとして、板状の鉄心89に電線91を巻いたソレノイド型のコイルとしている。このようなソレノイド型のコイルは、コイル本体221のコイル軸P、すなわち環状に巻いた電線91の環状部分の中心軸が、車両前後方向に対応している。電線91は、コイル軸Pを中心として、車体前後方向から見てループを構成するように鉄心89に巻かれている。
コイル軸Pが車両前後方向に対応し車両前後方向に対してほぼ平行となっているので、鉄心89に巻かれた電線91は、車幅方向(図11中で上下方向)に沿って延在する部位91aと、車両上下方向(図11中で紙面に直交する方向)に沿って延在する部位91bとを有する。車幅方向に沿って延在する部位91aは、鉄心89の車両上下方向両側に位置し、車両上下方向に延在する部位91bは、鉄心89の車幅方向両側に位置する。
鉄心89は、板状の磁性材料で構成され、車両前後方向両端が車幅方向外側に突出する取付部89a,89bを備え、この取付部89a,89bを備える車両前後方向両端が磁極を構成している。電線91は、鉄心89の車両前後に位置する取付部89a,89b相互間、すなわち車両前後の磁極相互間に巻かれている。コイル本体221は、取付部89a,89bを介して保護筐体222に取り付けられる。
このようなソレノイド型の受電コイル22のコイル本体221は、図11に示すように、コイル軸Pの延長方向両端(図11中で左右両端)、すなわち車両前後方向両端の磁極周辺の磁力線の量が多くなって磁束Mも多く(大きく)なる。なお、受電コイル22のコイル本体221に発生する磁束は、上記したように車両前後方向両端の磁極周辺で多くなるが、車両前後方向だけでなく、磁極から車幅方向や車両上下方向を含む周囲に指向している。
ここで、本実施形態では、図8に示すように、受電コイル22を取付部22aを介して車体の下面に取り付けるためのボルトB(図9参照)は、コイル軸Pと直交する車幅方向において受電側コイルであるコイル本体221よりも車幅方向外側に配置されている。
上記コイル軸Pと直交する方向においてコイル本体221よりも車幅方向外側での磁束の量は、コイル軸P方向においてコイル本体221よりも車両前後方向での磁束の量より少ない。したがって、この磁束の量が少ない側に鉄製の磁性体からなるボルトBを配置しても、ボルトBは、コイル軸P方向に配置した場合に比較して、磁束による渦電流が発生しにくく、よって加熱が抑制されることになる。
なお、鉄製のボルトBに代えて、例えばアルミニウムなど非磁性体からなるボルトを使用すれば、磁束によるボルトの加熱を防げる。しかし、非磁性体のアルミニウムなどの非鉄金属は、鉄製金属に比較して、靱性が低く、疲労耐久性も低く、コスト的にも不利である。したがって、アルミニウムなどの非鉄金属に比較して、靱性が高く、疲労耐久性が高く、コスト的にも有利な鉄製のボルトBを使用することが最適となる。
図2、図3に示すように、フロントコンパートメント1Fの車幅方向両側には、後端をダッシュパネル41に接合して車両前後方向に延在し、車体前部の骨格部材を構成するフロントサイドメンバ50を配設してある。
このフロントコンパートメント1Fの下側には、サブフレーム51を配設してあり、該サブフレーム51に前述のインバータ28とモータ29とからなるモータユニット29Uを、マウント部材52を介して搭載固定してある。
サブフレーム51は平面視して略方形に形成してあり、その車幅方向両側の前,後端部を、左右のフロントサイドメンバ50の前,後端部の下面に結合して、フロントコンパートメント1Fの下側の車体骨格部材を構成している。
サブフレーム51の後端部の車幅方向両側には、前記受電コイル22の車幅方向両側に沿って車両後方に延在して、該受電コイル22の固定部分を補剛するエクステンション部53を設けてある(図7、図8参照)。図示する例では、エクステンション部53を車幅方向に延在する基部の両端部に車両後方に向けて延設部分を設けた形状に別体成形して、基部をサブフレーム51の後端部と共締め固定し、エクステンション後端をアウトリガー46に結合するようにしているが、これはサブフレーム51と一体に形成することも可能である。
そして、このようなバッテリ27と、受電コイル22と、モータユニット29Uと、の車両前後方向に直線的な搭載レイアウトにあって、バッテリ27の前端と、モータユニット29Uの後端部(インバータ28の後端部)とにそれぞれコネクタ接続されて、バッテリ27からモータユニット29Uに送電する強電系のワイヤハーネス31を、受電コイル22の上方に通して、トンネル部42の内側に沿って配索してある。
ワイヤハーネス31は、ジャンクションボックス225の上方に配索しているが、場合によってジャンクションボックス225の側方に配索することも可能である。この場合、電装ボックス224およびジャンクションボックス225をトンネル部42内の中心位置よりも一側方向にずらして配置して、大径のワイヤハーネス31の配索スペースを確保するとよい。
トンネル部42の頂壁には、ジャンクションボックス225の近傍位置に貫通孔47を設けて、バッテリ27またはジャンクションボックス225から、車室1R内に搭載した空気調和ユニット等の室内補機60に送電する強電系のワイヤハーネス32を挿通配索するようにしている。貫通孔47にはグロメット48を嵌装して、ハーネス挿通周りをシールしている。
図10は、バッテリ27と、モータユニット29Uおよび室内補機60との間における送電配線パターンの各異なる例を(A)〜(D)にて示している。
(A)図に示す例では、バッテリ27と、モータユニット29U、室内補機60、ジャンクションボックス225と、をそれぞれワイヤハーネス31、32、33で結線している。
(B)図に示す例では、(A)図におけるワイヤハーネス32をジャンクションボックス225で分配して接続することによって、バッテリ27からの配線数を1つ減らしている。
(C)図に示す例では、(B)図におけるワイヤハーネス31をジャンクションボックス225で分配して接続することにより、ワイヤハーネス33を省略し、バッテリ27からの配線数を2つ減らしている。
(D)図に示す例では、ジャンクションボックス225を受電コイル22から分離して車室内に搭載して、トンネル部42内のスペースを広げている。この例では、(A)図におけるワイヤハーネス33と、受電コイル22とジャンクションボックス225とを結線するワイヤハーネス34と、をワイヤハーネス32と共に上述の貫通孔47に挿通して配索している。
以上の構成からなる本実施形態の非接触給電装置によれば、受電コイル22は操舵される前輪Wに近いフロアパネル40の前端部下面で、その車幅方向中央部に搭載している。従って、駐車スペース2で所定の停止位置に車両1を駐車する際に路面側の送電コイル12に車両中心を合わせるように操舵すればよく、その運転感覚により、該送電コイル12に対して受電コイル22を適正に正対位置合わせすることができる。また、操舵される前輪Wに近い位置に受電コイル22が配されるため、受電コイル22位置を送電コイル12に合うように微調整でき、より適正に正対位置合わせすることができる。
これにより、上述の位置合わせのために送電コイル12を駆動機構を用いた可動構成として、専用の駆動制御システムを構成する必要がなく、コスト的に有利に、かつ、車両1の簡単な運転操作で送電コイル12に対する受電コイル22の正対位置合わせを行うことができる。
また、受電コイル22はフロアパネル40の下面のバッテリ27からフロントコンパートメント1Fのモータユニット29Uへ送電する強電系のワイヤハーネス31の下側を覆ってプロテクタとして機能するため、保安性を高めることができる。
しかも、受電コイル22を車両中心配置とし、バッテリ27と受電コイル22とモータユニット29Uとを車両前後方向に直線的な搭載レイアウトとして、上述のワイヤハーネス31をこの受電コイル22の上方に通して配索することによって、該ワイヤハーネス31を平面視して直線的に配索できてハーネス長を短くすることができる。
ここで、上述のフロアパネル40は、その車両中心(車幅方向中央部)にトンネル部42を備えていて、上述の受電コイル22をトンネル部42の下側開放部に跨って配設して、ワイヤハーネス31をトンネル部42の内側に沿って配索してある。
受電コイル22は上述の金属製の保護筐体222と合成樹脂製の蓋体223との間にコイル本体221を格納した方形盤状の剛体構造であるため、トンネル部42の下側開放部の剛性を高めて拡開変形(口開き)防止機能を発揮できる。しかも、受電コイル22とトンネル部42とで成す閉断面内にワイヤハーネス31を格納状態に配索できるため、該ワイヤハーネス31の保安性を更に高めることができる。
また、受電コイル22はその上面にジャンクションボックス225を備えているが、該受電コイル22を上述のようにトンネル部42の下側開放部に跨って配置して、ジャンクションボックス225をトンネル部42内に配置しているため、該ジャンクションボックス225の保安性を高めることができる。
しかも、このような受電コイル22の上面に突出したジャンクションボックス225をトンネル部42内に配置することで、フロアパネル40の地上高が大きくなるのを抑制できて、車体の造形を設計上有利に行うことができる。
特に、ジャンクションボックス225は、受電コイル22と別体に形成してあって、該受電コイル22の上面からジャンクションボックス225を外して図10(D)に示す車室内搭載とすることにより、ハイブリッド車仕様では、トンネル部42内への排気管の余裕をもった縦走配置が可能となり、車体下部構造の共用化を実現することができる。
また、トンネル部42はその頂壁に共用配索用の貫通孔47を備えていて、ジャンクションボックス225側のワイヤハーネス33,34と、車室1Rに搭載した室内補機60側のワイヤハーネス32の配索を最短距離で行うことが可能で、配索レイアウトの自由度を高めることができることは勿論、貫通孔47の数を最小としてトンネル剛性の低下を抑制できる。
トンネル部42は、両側の膨出基部に沿って車両前後方向に延在する閉断面の補剛部43を備えていて、受電コイル22をこれら補剛部43に跨って搭載しているので、受電コイル22の取付剛性とトンネル部42の下側開放部の車幅方向剛性の双方を高めることができる。
また、受電コイル22の車幅方向寸法W2をトンネル部42の下側開放部の幅寸法W1よりも大きく設定して、受電コイル22を直接開放部両側の補剛部43に結合しているので、上述の取付剛性および車幅方向剛性をより一層高めることができる。
一方、モータユニット29Uはフロントコンパートメント1Fの下側に配置した骨格部材であるサブフレーム51に搭載してあり、該サブフレーム51の後端部には、受電コイル22の車幅方向両側に沿って車両後方に延在して、該受電コイル22の固定部分を補剛するエクステンション部53を設けてある。
これにより、エクステンション部53による受電コイル22の固定部分の補剛効果によって、走行時振動等により該固定部分に作用する加振入力に対抗して、受電コイル22の取付け剛性を高められる。また、受電コイル22の前側と左右両側とを、サブフレーム51の後端部とその両側のエクステンション部53とでガードし、受電コイル22の後側をバッテリ27でガードすることができる。
この結果、受電コイル22を路面干渉等から保護できると共に、その上方に配索した上述のワイヤハーネス31の保護効果を高めることができる。
なお、前記実施形態では受電コイル22の車幅方向寸法W2と、トンネル部42の下側開放部の幅寸法W1との関係を、W1<W2とした場合を例示したが、車両仕様によってW1>W2とすることも可能で、この場合、受電コイル22を、ブラケットを介してトンネル部42の下側開放部に跨って結合すればよい。
[第2の実施形態]
次に、図12〜図20に、第2の実施形態に係わる非接触受電装置の車載構造を示す。なお、図1に示す非接触給電装置の全体構成は、第2の実施形態でも同様に適用される。また、図12以降の図において矢印FRで示す方向が車両前方である。
次に、図12〜図20に、第2の実施形態に係わる非接触受電装置の車載構造を示す。なお、図1に示す非接触給電装置の全体構成は、第2の実施形態でも同様に適用される。また、図12以降の図において矢印FRで示す方向が車両前方である。
図12〜図20は、図1に示した受電コイル22およびバッテリ27の車両1への搭載状態を示している。すなわち、非接触充電装置における非接触受電装置の車載構造を示している。上記した受電コイル22及びバッテリ27は、車両1の図12に示すフロアパネル470及びフロアパネル470の後方に接合される図示しない他のフロアパネルの下面、すなわち車体の下面に搭載している。
図12のフロアパネル470の車両後方側の図示しないフロアパネルの下方には、バッテリ27を収容するバッテリケース490を配置している。なお、図12のバッテリケース490は、ロアケースを示しており、このロアケースの上部開口を図示しないアッパケースによって閉塞する。バッテリケース490は、図示しないサイドメンバやクロスメンバなどの車体骨格部材に下方から締結固定される。
フロアパネル470の車幅方向中央には、上方に突出した状態で車両前後方向に延在するトンネル部530を設けている。フロアパネル470の前端470aは、上方に向けて屈曲してダッシュロアを構成している。このダッシュロアは、図示しないダッシュアッパの下端に接合されている。ダッシュアッパを含むダッシュパネルは、図13に示すように、フロアパネル470の上方に形成される車室550と、車室550の車両前方側に形成されるフロントコンパートメント570とを、車両前後に仕切る隔壁部材である。
フロントコンパートメント570には、図1に示したインバータ28やモータ29を備えるモータユニットが収容される。モータユニットは、図12に示すサブフレーム590に図示しないマウント部材を介して取り付けられる。サブフレーム590は、平面視してほぼ方形に形成してあり、その車幅方向両側の前、後端部を、左右の図示しないフロントサイドメンバの前、後端部の下面に結合して、フロントコンパートメント570の下側の車体骨格部材を構成している。フロントサイドメンバは、車幅方向両側にて車両前後方向に延在する車体骨格部材である。
サブフレーム590の車両後端部の車幅方向両側には、受電コイル22の車幅方向両側に沿って車両後方に延在し、受電コイル22の固定部分を補剛するエクステンション部630を設けている(図15、図16参照)。エクステンション部630は、その車両後端を図16に示すアウトリガー640に結合する。アウトリガー640は、後述するトンネルメンバ670(図16、図18参照)と、車幅方向両側に車両前後方向に延在する図示しないサイドシルとを連結する部材である。エクステンション部630は、サブフレーム590と一体でも、別体でも構わない。
ここで、図13に示すように、バッテリ27と、受電コイル22と、フロントコンパートメント570に収容されるモータユニットとの車両1への搭載レイアウトは、車両前後方向に直線的となっている。そして、バッテリ27からモータユニットに送電する強電系のワイヤハーネス650を、バッテリ27の前端と、モータユニットの後端部(インバータ28の後端部)とにそれぞれコネクタ接続して、トンネル部530の内側に沿って配索している。
トンネル部530の車幅方向両側縁部(山形状のトンネル部530の麓部分)の下面には、補剛部となるトンネルメンバ670を接合固定している(図16、図18参照)。このトンネルメンバ670と、車幅方向両側にて車両前後方向に延在するサイドシル、車幅方向に沿って延在する複数の図示しないクロスメンバ及び、フロア前部側で各トンネルメンバ670とこれに近接したサイドシルとを結合する前記したアウトリガー640等のフロア骨格部材により、フロアパネル470の剛性を確保している。
そこで、大型でかつ重量のあるバッテリ27は、上述のサイドシル,クロスメンバ等の主要骨格部材と、トンネル部530のトンネルメンバ670に、強固に締結固定している。トンネルメンバ670は、図14、図18に示すように、上部が開口するハット形断面形状であり、トンネル部530の麓のフロアパネル470の下面に接合固定することで、フロアパネル470との間で閉断面を形成する。
図13に示すように、ワイヤハーネス650が配索されるトンネル部530の下方には、受電コイル22及び、受電コイル22の上方に位置するジャンクションボックス710を配置する。ジャンクションボックス710は、図1で説明した充電制御部24、整流部25、リレー部26などを収容している。
トンネル部530の頂壁には、ジャンクションボックス710の近傍位置に貫通孔530aを設けて、バッテリ27またはジャンクションボックス710から、車室550内に搭載した空気調和ユニット等の図示しない室内補機に送電する強電系のワイヤハーネス730を挿通配索する。貫通孔530aにはグロメット740を嵌め込んで、ハーネス挿通周りをシールする。
ジャンクションボックス710は、図15、図17に示すように、磁気シールドとしてのシールド部材750上に取り付けてある。ジャンクションボックス710は、車幅方向の幅が、シールド部材750の同方向の幅よりも充分小さく、トンネル部530の内部に位置してトンネル部530の内壁に囲まれた状態となる。
シールド部材750は、アルミニウム製の板状部材であり、トンネル部530の下方の開口部を閉塞するように、図14、図15、図17、図19に示す左右一対の取付部材としての取付ブラケット770を介してトンネルメンバ670の下面に取り付けられる。すなわち、シールド部材750とトンネル部530とに囲まれた空間にジャンクションボックス710が収容される。
取付ブラケット770は、車幅方向内側に位置する車体側取付部となるトンネル側取付部770aと、トンネル側取付部770aに対して下方に屈曲して車幅方向外側に位置するコイル側取付部となるシールド部材側取付部770bとを有する。トンネル側取付部770aをトンネルメンバ670の下面に複数のボルト790により締結固定し、シールド部材側取付部770bを、シールド部材750の上面に締結部材としての複数のボルト810により締結固定する。
上記ボルト810によるシールド部材750の締結の際には、図19に示すコイルベース830を図14のようにシールド部材750の下部に配置する。つまり、ボルト810により、コイルベース830とシールド部材750とをトンネルメンバ670に共締めする。このコイルベース830の下面に、受電コイル22のコイル本体221が取り付けられる。コイルベース830は、シールド部材750よりも厚肉のアルミニウム製の板状部材であり、トンネルメンバ670に対する取付強度を確保する。
そして、下面にコイル本体221が取り付けられたコイルベース830に、コイルカバー850を下方から複数のボルト870により締結固定する。コイルカバー850は、外周縁部に対してその内側に、コイル本体221を受け入れるよう凹んだ凹部850aを備えている。この凹部850aに対応する位置にてコイル本体221は、コイルベース830とコイルカバー850との間に収容される。したがって、コイル本体221は、コイルベース830を介して車体の下面に取り付けられる。ここで、受電コイル22は、コイル本体221とコイルベース830とコイルカバー850とを含んでいる。
コイルカバー850は、前述した送電コイル12と受電コイル22の各々相対する保護筐体面を構成しており、したがって合成樹脂製として、送電コイル12と受電コイル22との電磁誘導作用の妨げとならないようにしている。
コイル本体221は、第1の実施形態と同様に、ソレノイド型のコイルであって、図19に示すように、板状の鉄心89および、鉄心89に巻いた電線91を備える。図20は、コイルカバー850を省略した状態の車体を下方から見た図で、コイル本体221のコイル軸P、すなわち環状に巻いた電線91の環状部分の中心軸が、車両前後方向に対応している。電線91は、コイル軸Pを中心として、車体前後方向から見て円(車幅方向に長い長円や楕円を含む)を描くように、あるいはループを構成するように鉄心89に巻かれている。
コイル軸Pが車両前後方向に対応し車両前後方向に対してほぼ平行となっているので、鉄心89に巻かれた電線91は、車幅方向に沿って延在する部位91aと、車両上下方向に沿って延在する部位91bとを有する。車幅方向に沿って延在する部位91aは、鉄心89の上下両側に位置し、車両上下方向に延在する部位91bは、鉄心89の車幅方向両側に位置する。
鉄心89は、板状の磁性材料で構成され、車両前後方向両端が車幅方向外側に突出する取付部89a,89bを備え、この取付部89a,89bを備える車両前後方向両端が磁極を構成している。電線91は、鉄心89の車両前後に位置する取付部89a,89b相互間、すなわち車両前後の磁極相互間に巻かれている。コイル本体221は、取付部89a,89bを介してコイルベース830に取り付けられる。
このようなソレノイド型のコイル本体221は、第1の実施形態で説明した図11に示すように、コイル軸Pの延長方向両端(図20、図11中で左右両端)、すなわち車両前後方向両端の磁極周辺の磁力線の量が多くなって磁束Mも多く(大きく)なる。なお、コイル本体221に発生する磁束は、上記したように車両前後方向両端の磁極周辺で多くなるが、車両前後方向だけでなく、磁極から車幅方向や車両上下方向を含む周囲に指向している。
上記したようなコイル本体221を含む受電コイル22に対し、前記したシールド部材750は、コイル本体221で発生する磁束を遮蔽する磁気シールド機能を備える。シールド部材750は、図19に示すように、取付ブラケット770のシールド部材側取付部770bが取り付けられるブラケット取付面750aに対し、主として車両前方側の周囲三方が下方に位置するよう屈曲形成されている。
すなわち、シールド部材750は、車両前方側に、下方に向けて屈曲する前方傾斜面750bを有する。この前方傾斜面750bは、少なくとも受電コイル22に対してコイル軸P方向に、車両下方向へ突出するよう設けられた第1壁部を構成している。
前方傾斜面750bは、図13に示すように、下端部が上端部よりも車両前方側に位置するよう傾斜しており、その傾斜角度は、水平面に対してほぼ45度である。前方傾斜面750bの車両前方側には車両前方にほぼ水平方向に延びる取付面750cが形成される。取付面750cはサブフレーム590の下面に、上方に向けて突出する円形の突出部75c1を介してボルト結合される。
また、シールド部材750は、車両前方側のほぼ半分の領域において、車幅方向両側に、第2壁部としての側方傾斜面750dを有する。この側方傾斜面750dは、第1壁部の車幅方向端部からコイル本体221のコイル軸P方向に延びる第2壁部を構成している。
側方傾斜面750dは、下端部が上端部よりも車幅方向外側に位置するよう傾斜しており、その傾斜角度は、前方傾斜面750bと同様に水平面に対してほぼ45度である。側方傾斜面750dの車幅方向外側には、車幅方向外側に向けてほぼ水平方向に延びる水平面750eが形成される。水平面750eは、車両前方側の取付面750cに対して連続した同一平面上に位置している。
さらに、シールド部材750は、車両後方側に、後方傾斜面750fを有する。この後方傾斜面750fは前方傾斜面750bとともに、第1壁部を構成する。つまり、第1壁部は、受電コイル22の車両前方側の前側壁部である前方傾斜面750bと、受電コイル22の車両後方側の後側壁部である後方傾斜面750fと、を有する。
上記した後方傾斜面750fは、下端部が上端部よりも車両後方側に位置するよう傾斜しており、その傾斜角度は、水平面に対してほぼ45度である。しかし、後方傾斜面750fの下端部と上端部との間の傾斜方向の長さ(高さ)は、前方傾斜面750bや後方傾斜面750fの傾斜方向の長さ(高さ)よりも短い(低い)。
後方傾斜面750fの車両後方側には車両後方にほぼ水平方向に延びる取付面750gが形成される。取付面750gは、図13、図20に示すように、バッテリケース490の下面に、上方に向けて突出する円形の突出部750g1を介してボルト結合される。取付面750gは、後方傾斜面750fの上下方向の高さが前方傾斜面750bよりも低いことから、車両前方側の取付面750cよりも車両上方に位置する。
以上の構成からなる非接触受電装置の車載構造では、受電コイル22が、送電コイル12との間で電磁誘導作用により非接触状態で高周波電力の受電を行う。その際、受電コイル22(コイル本体221)に発生する磁束は、図11で説明したように、コイル軸P方向の両端で多く(大きく)なる。
ここで、本実施形態では、受電コイル22を車体の下面に取り付けるボルト810は、第1の実施形態におけるボルトBと同様に、鉄製の磁性体からなる締結部材を構成している。すなわち、鉄製のボルト810は、靱性が高く、疲労耐久性が高く、コスト的にも有利である。このため、鉄製のボルト810は、特にジャンクションボックス710を上部に備えて重量物となる受電コイル22を車体下面に強固に取り付けるには最適である。
その際、本実施形態では、受電コイル22を車体の下面に取り付けるボルト810は、コイル軸Pと直交する方向において受電コイル22のコイル本体221よりも車幅方向外側に配置されている。
上記コイル軸Pと直交する方向において受電コイル22のコイル本体221よりも車幅方向外側での磁束の量は、コイル軸P方向においてコイル本体221よりも車両前後方向での磁束の量が少ない。したがって、この磁束の量が少ない側に鉄製の磁性体からなるボルト810を配置して、そのボルトヘッドが下部側に露出しても、ボルト810は、コイル軸P方向に配置した場合に比較して、磁束による渦電流が発生しにくく、よって加熱が抑制されることになる。
なお、第1の実施形態と同様に、鉄製のボルト810に代えて、例えばアルミニウムなど非磁性体からなるボルトを使用すれば、磁束によるボルトの加熱を防げる。しかし、非磁性体のアルミニウムなどの非鉄金属は、鉄製金属に比較して、靱性が低く、疲労耐久性も低く、コスト的にも不利である。したがって、アルミニウムなどの非鉄金属に比較して、靱性が高く、疲労耐久性が高く、コスト的にも有利な鉄製のボルト810を使用することが最適となる。
また、本実施形態では、取付ブラケット770は、車体の下面に固定されるトンネル側取付部770aと、受電コイル22側のシールド部材750にボルト810により固定されるシールド部材側取付部770bとを有している。その際、シールド部材側取付部770bは、トンネル側取付部770aよりも受電コイル22におけるコイル本体221のコイル軸Pから離れた位置に配置されている。
このため、コイル本体221を保持するコイルベース830を、シールド部材750とともに車体の下面に締結する鉄製のボルト810は、取付ブラケット770の存在によって、コイル本体221に対しより車幅方向外側に位置することになる。
その結果、受電コイル22のコイル本体221で発生する磁束のボルト810を通過する量がより低減し、ボルト810における渦電流の発生をより確実に抑制でき、ボルト810の加熱をより確実に抑えることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの実施形態は本発明の理解を容易にするために記載された単なる例示に過ぎず、本発明は当該実施形態に限定されるものではない。本発明の技術的範囲は、上記実施形態で開示した具体的な技術事項に限らず、そこから容易に導きうる様々な変形、変更、代替技術なども含むものである。
例えば、上記した各実施形態では、締結部材としての鉄製のボルトB、ボルト810を使用しているが、そのボルトヘッドに、アルミ蒸着によって薄いアルミニウムの膜を形成したり、表面をアルミ蒸着した樹脂製のカバーを被せてもよい。この場合、アルミ蒸着部が剥離したり、あるいはアルミ蒸着したカバーが外れたとしても、ボルトB、ボルト810をコイル軸P方向の車両前後方向よりも磁束の量が少ない領域に配置しているので、ボルトB、ボルト810の加熱を抑制できる。
12 送電コイル(給電側コイル)
40,470 フロアパネル(車体)
91 電線(導電線)
221 受電コイルのコイル本体(受電側コイル)
770 取付ブラケット(取付部材)
770a 取付ブラケットのトンネル側取付部(車体側取付部)
770b 取付ブラケットのシールド部材側取付部(コイル側取付部)
B,810 ボルト(締結部材)
P コイル軸
40,470 フロアパネル(車体)
91 電線(導電線)
221 受電コイルのコイル本体(受電側コイル)
770 取付ブラケット(取付部材)
770a 取付ブラケットのトンネル側取付部(車体側取付部)
770b 取付ブラケットのシールド部材側取付部(コイル側取付部)
B,810 ボルト(締結部材)
P コイル軸
Claims (2)
- 車体の下面に搭載され、給電側コイルから送電される電力を非接触で受電する車両前後方向をコイル軸として導電線を巻いた受電側コイルと、
前記受電側コイルを、前記車体に取り付ける磁性体からなる締結部材と、を備え、
前記締結部材は、前記コイル軸と直交する方向において前記受電側コイルよりも外側に配置されていることを特徴とする非接触受電装置の車載構造。 - 前記受電側コイルは、取付部材を介して前記車体の下面に取り付けられており、
前記取付部材は、前記車体の下面に固定される車体側取付部と、前記受電側コイルに前記締結部材により固定されるコイル側取付部とを有しており、
前記コイル側取付部は、前記車体側取付部よりも前記受電側コイルのコイル軸から離れた位置に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の非接触受電装置の車載構造。
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