JP6148552B2 - コイルユニット - Google Patents

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Description

本発明は、非接触給電システムにおける給電側一次コイル用のコイルユニットに関する。
従来、電気自動車等の車両に給電するための非接触給電システムは、給電側の一次コイルと車両側の二次コイルを有して構成されており、電磁誘導を利用して給電側から車両側へ電力が供給される。給電側の一次コイルは、地上に設置されるか、又は地中に埋設されるため、一次コイルを収容するコイルユニットには、伝送効率等の電気的性能と共に、耐荷重性や防水性等の機械的性能も求められる。給電側一次コイルの配設方法として、例えば特許文献１に記載の一次コイルの配設構造が提案されている。特許文献１に記載された一次コイルの配設構造は、ベース部と、カバー部と、から構成され、内部に一次コイル及び磁心コア等を収容する収容スペースを有して形成されており、カバー部とベース部とがレジンコンクリートを用いて形成されていることから、耐荷重性を改善することができる。
特開２０１２−８９６１８号公報
しかしながら、特許文献１に開示されている従来のコイルユニットは、一体に設置されたカバー部及びベース部の内部に一次コイルを収容することから、例えば耐荷重性能を改善するためにカバー部及びベース部を厚く形成した場合、二次コイルへの電気伝送効率が低下するなど、耐荷重性能や防水性能などの機械的性能と、電気の伝送効率や電磁界の漏洩低減性能などの電気的性能とのバランスを調整することが困難であるという問題があった。
本発明の目的は、上記のような問題点に着目し、機械的性能と電気的性能とのバランスを容易に調整することが可能な一次コイル用のコイルユニットを提供することである。
上記課題を解決するために、本発明のコイルユニットは、非接触給電システムにおける給電側の一次コイルを収容するためのコイルユニットであって、周壁及び底壁を有して上部が開口した収容空間の内部に前記一次コイルを収容するシールドケースと、前記シールドケースの周壁を囲んで設けられるフレームと、前記フレームに支持されるとともに、前記シールドケースの上部を覆う蓋と、前記フレームを下方から支持する底板と、を備え、前記底板は、前記フレームの外周部よりも外側に突出した突出部を有して形成され、前記突出部の上面と前記フレームの外周部とに沿うとともに、上端縁が前記蓋の近傍に位置する緩衝部材が設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、蓋を支持し、耐荷重性能や防水性能などの機械的性能を担うフレームと、電気の伝送効率や漏洩電磁界低減性能などの電気的性能を担うシールドケースとを別体に形成することにより、機械的性能と電気的性能とを個別に考慮して設計することが可能となる。
このような構成によれば、フレームの外周部に緩衝部材が配されており、緩衝部材の上端縁が蓋の近傍に位置していることにより、車両等がコイルユニットに乗り上げた際に、まず緩衝部材に車両等の荷重がかかるため、フレームや内部に収容されたシールドケース及び一次コイルへの衝撃を低減させることが可能となる。
また、請求項１に記載のコイルユニットにおいて、前記緩衝部材の上端縁には、外側に向かって高さが徐々に低くなる傾斜面が形成されていることが好ましい。
このような構成によれば、コイルユニットの外側に向かって徐々に低くなる傾斜面が形成された緩衝部材が配されていることにより、車両等が乗り上げる際、路面と蓋との段差を吸収し、徐々にタイヤが乗り上げるため、フレームや内部に収容されたシールドケース及び一次コイルへの衝撃を一層低減させることができる。
また、請求項１又は２に記載のコイルユニットにおいて、前記シールドケースの収容空間には、鉛直方向に立設するとともに、前記蓋と、前記底板と前記シールドケースの底壁とのうち少なくとも一方と、に当接する支柱が設けられ、前記支柱の上下端面のうち少なくとも一方には面取部が設けられていることが好ましい。
このような構成によれば、蓋を支持する支柱が形成されていることにより、車両等が乗り上げた際に、フレームに支持されない蓋の内側部分への荷重を支柱が支えることができ、コイルユニットの耐荷重性能を向上させることができる。さらに、支柱の上下端面のうち少なくとも一方を面取り加工することにより、支柱に荷重がかかった際に、支柱の上下端面が当接する蓋、底板、底壁等の損傷を防止することができる。
また、請求項３に記載のコイルユニットにおいて、前記一次コイルを巻きつけるコイルボビンが前記シールドケースの収容空間に設けられ、前記支柱と前記コイルボビンとが一体に形成されているか、又は、前記コイルボビンには、前記支柱を挿通させる支柱挿通孔が形成されていることが好ましい。
このような構成によれば、コイルボビンに支柱が一体に形成されるか、又は、コイルボビンに支柱挿通孔が形成されていることから、コイルボビンと支柱とを効率的にシールドケースの収容空間に配置することができ、コイルユニットの耐荷重性能を向上させることができる。
なお、本発明における蓋は伝送効率に影響を与えない樹脂素材等を用いる。また、フレーム、底板等、外部からの荷重を支える部材の素材としては、シールド性が無いものが望ましいが、シールドケースよりもシールド性が低い素材、即ち、シールドケースよりも導電率が低い素材を用いることができる。
以上のような本発明のコイルユニットによれば、シールドケースとフレームとを別体に設けることで、シールドケースが担う電気的性能と、フレームが担う機械的性能を個別に設計することができる。従って、従来のようにカバー部とベース部との内部に一次コイルを直接収容する方法に比べて、コイルユニットを設置する環境や配設条件に合わせて電気的性能と機械的性能とを調整可能なコイルユニットを提供することができる。
本発明の第一実施形態に係るコイルユニットの分解斜視図である。 前記コイルユニットを示す断面図である。 本発明の第二実施形態に係るコイルユニットの分解斜視図である。 前記コイルユニットを示す断面図である。 本発明の変形例に係るコイルユニットにおける、フレームを示す部分断面図である。
［第一実施形態］
本発明の第一実施形態に係るコイルユニットを図１及び図２を参照して説明する。本実施形態のコイルユニット１は、車両等の非接触給電システムにおける給電側の一次コイル２を収容するためのコイルユニットであるとともに、路面Ｒに設置されている。図示しない二次コイルは車両等のバッテリに接続されており、車両等が所定の位置に配されると、一次コイル２は、電磁誘導を利用して二次コイルへ電力を供給することができる。
コイルユニット１は、コイルボビン９に巻きつけられた一次コイル２と、路面Ｒに接する底板３と、底板３の上面に配される緩衝部材４と、底板３の上面に接するとともに、緩衝部材４の内部に収容されるフレーム５と、一次コイル２を収容するとともに、フレーム５の内部に収容されるシールドケース６と、シールドケース６を覆う蓋７と、シールドケース６及び蓋７に当接するとともに、蓋７を下方から支持する支柱８と、を備えている。
底板３は、板状の金属部材である底板本体３１と、路面Ｒと底板本体３１の下面との間に配されたゴム底３２と、後述するフレーム５の外周部５２よりも外側に突出するとともに、底板本体３１と一体に形成された突出部３３と、を有して形成されている。
緩衝部材４は、外部からの衝撃を緩和する硬質ゴム等の素材を用いて枠状に形成されており、底板３の突出部３３の外周縁と同じ大きさの下端縁４１と、下端縁４１から立設した外側面４２と、下端縁４１から立設するとともに、後述するフレーム５の外周部５２と対向する内側面４３と、蓋本体７１の近傍に位置する上端縁４４と、上端縁４４に設けられるとともに、外側に向かって高さが徐々に低くなる傾斜面４５と、を有して形成されている。
フレーム５は、後述するシールドケース６よりも導電性の低いステンレス等の中空部材を用いて枠状に形成されており、底板本体３１に当接する下面５１と、下面５１から立設する外周部５２と、下面５１から立設して後述するシールドケース６の周壁６２と対向する内周部５３と、外周部５２の上端と内周部５３の上端とを接続する上面５４と、上面５４の全周にわたって設けられた固定用突起５５と、を有して形成されている。固定用突起５５は、ボルトを用いて蓋７を固定するためのボルト孔５６を有して形成されている。
シールドケース６は、コイルユニット１において電気の伝送効率や漏洩電磁界低減などの電気的性能を担う部材である。シールドケース６は、銅合金やアルミニウム合金などの導電性の高い素材を用いて上部が開口した箱状に形成されており、底板本体３１に当接する底壁６１と、底壁６１の外縁から立設してフレーム５の内周部５３に対向する周壁６２と、底壁６１及び周壁６２の内部に一次コイル２を収容する収容空間６３と、を有している。
蓋７は、板状の部材を用いて形成された蓋本体７１と、蓋本体７１の下側面７５とフレーム５の上面５４との間に配される枠形状のパッキン７２と、固定用ボルト７３と、を有して形成されている。パッキン７２は、緩衝作用を有するゴム等の素材で形成されており、蓋本体７１には、蓋本体７１の上側面７４から固定用ボルト７３を挿通するための固定孔７６が設けられ、パッキン７２には、フレーム５の上面５４に設けられた固定用突起５５を挿通するための挿通孔７７が設けられている。
コイルボビン９には、支柱８が一体に形成されており、支柱８の下端面８１はシールドケース６の底壁６１の上面と接し、上端面８２は蓋本体７１の下側面７５と接している。支柱８の上下端面８１，８２の外周縁には面取り加工された面取部８３が形成されており、コイルボビン９がシールドケース６の収容空間６３に収容される際、面取部８３は蓋本体７１の下側面７５及びシールドケース６の底壁６１の上面とは当接しない。
次に、コイルユニット１の設置手順の一例について説明する。なお、コイルユニット１の設置手順としては、以下に説明するものに限らず、設置後に図１及び図２に示すコイルユニット１が構成されていればよいため、以下に示す各手順が適宜に前後してもよい。
まず、ゴム底３２を路面Ｒに置き、ゴム底３２の上に底板本体３１を設置する。次に、底板３の突出部３３の外周縁に合わせて緩衝部材４を置き、緩衝部材４の内側にフレーム５を配する。さらに、フレーム５の内側に一次コイル２が巻き付けられたコイルボビン９を収容したシールドケース６を配置する。最後に、パッキン７２の挿通孔７７にフレーム５の固定用突起５５を挿通させ、蓋本体７１の上側面７４から固定孔７６を介して固定用ボルト７３をボルト孔５６に螺合させ、蓋本体７１とフレーム５とを固定することにより、コイルユニット１の設置が完了する。なお、本実施形態において、フレーム５、蓋７、パッキン７２はボルトにより固定されていたが、他の方法で固定されていてもよい。
以上によって、コイルユニット１には、外側からシールドケース６の収容空間６３に向かって、順番に、緩衝部材４、フレーム５、シールドケース６、一次コイル２が巻き付けられたコイルボビン９が収容されている。
次に、コイルユニット１における外部からの荷重の支持方法について説明する。コイルユニット１に車両等が乗り上げる際、まず、車両等はコイルユニット１の最も外側に位置する緩衝部材４の傾斜面４５に乗り上げるため、車両等の荷重は、緩衝部材４と、緩衝部材４の下端縁４１が当接する底板３とにより支持される。さらに、車両等が蓋７に乗り上げると、車両等の荷重は蓋７、フレーム５、底板３により支持される。フレーム５に支持されない蓋５の内側部分に車両等が乗り上げたときには、車両等の荷重は支柱８によっても支持される。
従って、コイルユニット１においては、耐荷重性能は主に底板３、緩衝部材４、フレーム５及び蓋７が担っており、フレーム５が支持しない蓋７の内側部分においては、支柱８も荷重を支持している。
また、蓋本体７１の下側面７５とフレーム５の上面５４との間にパッキン７２が配されていることにより、フレーム５よりも内部に収容されるシールドケース６や一次コイル２に対して、コイルユニット１は止水性能を有する。
本実施形態によれば、耐荷重性能や防水性能などの機械的性能を主に担う底板３、フレーム５及び蓋７と、電気の伝送効率や漏洩電磁界低減性能などの電気的性能を担うシールドケース６と、を別体に形成することにより、機械的性能と電気的性能とを個別に考慮して設計することができる。従って、機械的性能と電気的性能とのバランスを容易に調整することが可能となる。
また、底板３の突出部３３とフレーム５の外周部５２とに沿って、緩衝部材４が配されており、緩衝部材４の上端縁４４が蓋７の近傍に位置することから、車両等がコイルユニット１に乗り上げた際に、まず緩衝部材４に車両等の荷重がかかるため、フレーム５、内部に収容されたシールドケース６、一次コイル２、コイルボビン９への衝撃を低減させることが可能となる。
さらに、緩衝部材４の上端縁４４には、コイルユニット１の外側に向かって徐々に低くなる傾斜面４５が形成されていることから、車両等が乗り上げる際、路面Ｒと蓋７との段差を吸収し、車両等のタイヤが徐々に乗り上げるため、フレーム５、内部に収容されたシールドケース６、一次コイル２、コイルボビン９への衝撃を一層低減することができる。
また、シールドケース６の底壁６１と蓋本体７１の下側面７５との間には、蓋７を下方から支持する支柱８が設けられていることから、車両等が乗り上げた際に、フレーム５に支持されない蓋７の内側部分への荷重を支柱８によっても支えることができ、コイルユニット１の耐荷重性能を向上させることができる。
さらに、支柱８の上下端面８１，８２には面取加工された面取部８３が設けられていることから、支柱８に荷重がかかった際に、支柱８の上下端面８１，８２が当接する蓋７、シールドケース６の底壁６１の損傷を防止することができる。
また、支柱８がコイルボビン９と一体に形成されていることから、支柱８をシールドケース６の収容空間６３に効率良く配置することができ、コイルユニット１の耐荷重性能をさらに向上させることができる。
［第二実施形態］
本発明の第二実施形態に係るコイルユニットを図３及び図４を参照して説明する。図３は本実施形態に係るコイルユニット１の分解斜視図であり、後述する蓋７Aを一部断面して示すものである。本実施形態のコイルユニット１は、第一実施形態とほぼ同形状の底板３を有している。
本実施形態において、蓋７Ａは、前記第一実施形態の緩衝部材４、フレーム５、及び蓋７を一体にしたものとして形成されており、その下端縁４１には蓋７Ａと底板３との間に配されるパッキン７２が嵌合される溝４６が設けられている。
また、シールドケース６の底壁６１から立設した支柱８が蓋７Ａを下方から支持しており、コイルボビン９には支柱８を挿通させる支柱挿通孔９１が形成されている。
本実施形態によれば、支柱８はシールドケース６の底壁６１から立設し、コイルボビン９に設けられた支柱挿通孔９１に挿通されることから、支柱８をシールドケース６の収容空間６３に効率良く配置することができ、コイルユニット１の耐荷重性能を向上させることができる。
また、蓋７Ａが第一実施形態の緩衝部材４及びフレーム５と一体に形成されており、シールドケース６の上面開口部よりも下方まで一つの部材で覆うことができることから、防水性能を向上させることができる。
また、本実施形態において、図４（Ａ）に示すように、支柱８はシールドケース６の底壁６１に立設されていたが、支柱８が蓋７Ａを支持できればよく、図４（Ｂ）に示すように、底板本体３１と一体に形成されていてもよい。その際、シールドケース６には支柱挿通孔６４が形成される。
なお、前記各実施形態において、シールドケース６には導電性の高い銅合金やアルミニウム合金等が用いられていたが、シールドケース６がシールド性を有すればよく、他の導電性素材を用いることができる。底板３、フレーム５、支柱８等の耐荷重性能を担う部材については、シールドケース６に用いた素材よりも導電性の低いステンレス等の金属素材の他、導電性の無い樹脂素材等を用いることができる。緩衝部材４は硬質ゴムを用いて形成されていたが、車両等による衝撃を低減できる素材であれば任意のものが利用可能である。
また、第一実施形態において、蓋７のパッキン７２には、フレーム５の固定用突起５５を挿通させる挿通孔７７が設けられ、パッキン７２は蓋本体７１とフレーム５との間に配されていたが、図５に示すように、蓋本体７１の下側面７５やフレーム５の上面５４に溝５７を設けてパッキン７２を嵌合してもよい。
また、コイルユニット１は路面Ｒに設置されていたが、車両等の二次コイルへの給電が可能であればよく、地中に埋設されてもよい。
その他、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、且つ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部、もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
１ コイルユニット
２ 一次コイル
３ 底板
３３ 突出部
４ 緩衝部材
４４ 上端縁
４５ 傾斜面
５ フレーム
５２ 外周部
６ シールドケース
６１ 底壁
６２ 周壁
６３ 収容空間
７，７Ａ 蓋
８ 支柱
８１ 下端面
８２ 上端面
８３ 面取部
９ コイルボビン
９１ 支柱挿通孔

Claims (4)

  1. 非接触給電システムにおける給電側の一次コイルを収容するためのコイルユニットであって、
    周壁及び底壁を有して上部が開口した収容空間の内部に前記一次コイルを収容するシールドケースと、
    前記シールドケースの周壁を囲んで設けられるフレームと、
    前記フレームに支持されるとともに、前記シールドケースの上部を覆う蓋と、前記フレームを下方から支持する底板と、を備え、
    前記底板は、前記フレームの外周部よりも外側に突出した突出部を有して形成され、
    前記突出部の上面と前記フレームの外周部とに沿うとともに、上端縁が前記蓋の近傍に位置する緩衝部材が設けられていることを特徴とするコイルユニット。
  2. 前記緩衝部材の上端縁には、外側に向かって高さが徐々に低くなる傾斜面が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のコイルユニット。
  3. 前記シールドケースの収容空間には、鉛直方向に立設するとともに、前記蓋と、前記底板と前記シールドケースの底壁とのうち少なくとも一方と、に当接する支柱が設けられ、
    前記支柱の上下端面のうち少なくとも一方には面取部が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のコイルユニット。
  4. 前記一次コイルを巻きつけるコイルボビンが前記シールドケースの収容空間に設けられ、
    前記支柱と前記コイルボビンとが一体に形成されているか、又は、
    前記コイルボビンには、前記支柱を挿通させる支柱挿通孔が形成されていることを特徴とする請求項３に記載のコイルユニット。
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