JP6285139B2

JP6285139B2 - 車両用非接触充電システムの受電側コイルユニットに用いられるコアおよびそのコアの製造方法

Info

Publication number: JP6285139B2
Application number: JP2013209943A
Authority: JP
Inventors: 俊介中根; 公貴藏本
Original assignee: Kojima Industries Corp
Current assignee: Kojima Industries Corp
Priority date: 2013-10-07
Filing date: 2013-10-07
Publication date: 2018-02-28
Anticipated expiration: 2033-10-07
Also published as: JP2015076427A

Description

本発明は、車両用非接触充電システムにおいて車両に積載される受電側コイルユニットに関し、特に、コイルが巻回されるコアの改良に関する。

エンジンおよびモータジェネレータを用いて走行するハイブリッド自動車、モータジェネレータを用いて走行する電気自動車などの電動車両が用いられている。電動車両には繰り返し充放電が可能な二次電池が搭載されており、モータジェネレータは二次電池から供給される電力によって車両を駆動する。

車両を駆動するために消費された二次電池の電力は、モータジェネレータの回生制動による発電電力によって充電される。また、ハイブリッド自動車の場合は、発電用のジェネレータを備え、ジェネレータをエンジンによって駆動することによって発電し、二次電池が充電される。

しかしながら、回生制動による発電電力やエンジンを用いたジェネレータによる発電電力では電力量が不足する場合には、車両外部から充電可能な充電システムが実用化されている。このような充電システムには、商用電源コンセントから電力を取得するものの他、駐車場などに設けられた電力供給装置によって非接触充電を行うものが提案されている。

非接触充電の電力供給装置には、電力伝送用の電磁波を発生する送電側コイルユニットが設けられている。一方、電動車両には、電力伝送用の電磁波を受波する受電側コイルユニットが積載されている。受電側コイルユニットは、コイルが巻回されるコアを含んでいる。受電側コイルユニットは、車両への積載スペースをできるだけ小さくするために薄型化が要求されており、平板形状のコアを用いることが提案されている。

平板形状のコアに用いられる磁性体は、加工上の制約により所望の大きさ、たとえば２５０ｍｍ四方に一枚板で形成することが困難である。そこで、図４に示すように、所望の大きさよりも小さい複数の平板形状の磁性体素片６１を並べ、磁性体素片６１とは別に形成された樹脂ケース６２で挟み込むことによって所望の大きさのコア６０が提供される。

ところで、上記のように磁性体素片６１と樹脂ケース６２とが別々に形成されるコア６０では、樹脂ケース６２のみでコア６０の全体を支持しなければならず、樹脂ケース６２の強度を高めるために樹脂ケース６２には所定の厚みが要求される。また、製造誤差を考慮して樹脂ケース６２を若干大きめに形成するため、並べられた磁性体素片６１の間には隙間が生じる。隙間があると振動などによって磁性体素片６１同士が衝突して磁性体素片６１に割れが生じる可能性があるため、図４に示すように、隙間にはクッション材６３が挿入されている。このため、磁性体素片６１間の距離が離れるので、電力の伝送効率が低下するという問題があった。

本発明は、車両用非接触充電システムの受電側コイルユニットに用いられるコアにおいて、樹脂ケースを薄くすることができ、さらに、磁性体素片間の距離を小さくして電力の伝送効率をも向上できるコア、および、このようなコアの製造方法を提供することを目的とする。

本発明の車両用非接触充電システムの受電側コイルユニットに用いられるコアは、矩形平板形状にそれぞれが形成され、格子状に密着して配列された複数の磁性体素片と、前記複数の磁性体素片をインサート成形することにより、前記複数の磁性体素片を上下面および外周側面から一体的に包み込む樹脂製のインサートコアケースと、を含むことを特徴とする。

本発明の車両用非接触充電システムの受電側コイルユニットに用いられるコアの製造方法は、インサート成形に用いる型であって、当該型の枠からその内側へ向けて押し込み可能にされた押圧ピンが複数設けられている型の内部に、矩形平板形状に形成された磁性体素片を格子状に複数配列するステップと、各前記押圧ピンを前記枠の内側に押し込むことで、前記複数の磁性体素片を互いに密着させるステップと、前記型に溶融した樹脂を流し入れ、前記複数の磁性体素片をインサート成形し、樹脂製のインサートコアケースを成形するステップと、前記型を前記インサートコアケースから外すステップと、を含むことを特徴とする。

本発明は、車両用非接触充電システムの受電側コイルユニットに用いられるコアにおいて、複数の磁性体素片と樹脂製のインサートコアケースとをインサート成形で一体的に成形することによって、インサートコアケースが薄くてもコアを支持することができるという効果を奏する。また、磁性体素片が隙間なく配列されるため、電力の伝送効率を向上することができるという効果も奏する。

本発明の実施形態における非接触充電システムの構成を示す図である。本発明の実施形態におけるコアを示す図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示された線Ａ−Ａに沿った断面図である。本発明の実施形態のコアを製造する工程を示すフローチャートである。従来のコアを示す図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示された線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図１は、車両用非接触充電システムの構成を模式的に示している。

図１に示すように、車両用非接触充電システム１０は、電動車両２０と電力供給装置３０とを含む。電力供給装置３０は、電動車両２０を停車させる場所、たとえば駐車場などに設けられている。図１に示すように、電動車両２０は、受電側コイルユニット２１、整流器２２、二次電池２３を備える。図１に示すように、電力供給装置３０は、電力源３１と送電側コイルユニット３２とを備える。図１に示すように、電動車両２０は、二次電池２３に充電をする場合には、受電側コイルユニット２１が送電側コイルユニット３２の上方に位置するように停車する。

本実施形態の車両用非接触充電システム１０は、受電側コイルユニット２１と送電側コイルユニット３２とを結合共振（共鳴）させることによって電力を伝送するものである。電力供給装置３０は、電力源３１によって受電側コイルユニット２１と送電側コイルユニット３２との共振周波数に応じた電力を発生し、送電側コイルユニット３２から電力伝送用の電磁波を送波する。電動車両２０は、受電側コイルユニット２１で受波された電磁波に基づく交流電力を、整流器２２で直流に変換して二次電池２３を充電する。電動車両２０の受電側コイルユニット２１は、コイルが巻き回されたコアを含んでいる。

図２は本発明の実施形態における受電側コイルユニット２１に用いられるコア４０を示す図であり、図２（ａ）はコア４０の平面図を示し、図２（ｂ）は図２（ａ）の線Ａ−Ａに沿ったコア４０の断面図を示している。なお、図２（ａ）の参照番号５１および白抜き矢印は、後述する押圧ピン５１および押圧ピン５１の押し込み方向を示しており、コア４０の構成要素ではない。

図２に示すように、コア４０は、矩形平板形状に形成された複数の磁性体素片４１と樹脂製のインサートコアケース４２とを含む。図２に示すように、複数の磁性体素片４１は、格子状に隙間なく配列され、インサート成形によって、樹脂製のインサートコアケース４２に一体的に包み込まれている。磁性体素片４１は、フェライトを焼結して形成されている。インサートコアケース４２は、繊維強化樹脂（ＦＲＰ）から形成されている。インサートコアケース４２を形成するＦＲＰの線膨張係数は、磁性体素片４１の線膨張係数に近くなるように配合調整されている。

図２に示すように、インサートコアケース４２には、コア４０へ設計通りにコイルを巻き回すためのコイル案内溝４３が設けられている。

次に、上記したコア４０の製造方法について説明する。図３は、本発明の実施形態のコア４０を製造する工程を示すフローチャートである。まず、図３のステップＳ１０１に示すように、インサート成形用の型を準備する。型には、先端が型の内枠縁から型の内側へ向けて押し込み可能にされた押圧ピン５１が複数設けられている（図２（ａ）参照）。次に、複数の磁性体素片４１を型の内部に並べ、図２（ａ）に示すように、各押圧ピン５１を白抜き矢印の方向へ押し込む。各押圧ピン５１を押し込むことによって、図３のステップＳ１０２および図２（ａ）に示すように、複数の磁性体素片４１同士が隙間なく密着して配置される。その後、型を閉じ、図３のステップＳ１０３に示すように、型に溶融した樹脂を流し入れることにより、隙間なく配置された複数の磁性体素片４１と型との間の空隙に溶融した樹脂が入り込む。本実施形態では、硬化後の線膨張係数が磁性体素片４１に近くなるように配合された高流動繊維強化樹脂材（高流動ＦＲＰ樹脂材）を、低圧で型に流し入れている。図３のステップＳ１０４に示すように、型を冷却して樹脂が硬化し、インサートケース４２が形成された後、型を外し、コア４０が形成される。

本実施形態に係るコア４０によれば、インサートコアケース４２が全ての磁性体素片４１を一体的に包み込んでインサート成形するので、インサートコアケース４２により磁性体素片４１を隙間なく支持することができる。その結果、磁性体素片と樹脂ケースとを別々に形成する場合の樹脂ケースの厚さと比較し、インサートコアケース４２を薄く形成しても各磁性体素片４１をしっかりと一体的に保持することができる。本実施形態では、インサートコアケース４２の最薄部、具体的にはコイル案内溝４３の底部と磁性体素片４１の表面との間を０．１ｍｍに形成することができる。

本実施形態に係るコア４０は、複数の磁性体素片４１の間に隙間がないため、磁性体素片の間に隙間がある場合と比較し、電力の伝送効率を向上することができる。また、磁性体素片間に隙間を埋めるためのクッション材を設ける必要がないため、コアを成形するための部品点数を削減することができる。

本実施形態に係るコア４０は、インサートコアケース４２の線膨張係数と磁性体素片４１の線膨張係数との差が小さいため、電動車両２０の二次電池２３を充電する際の発熱に伴って生じるインサートコアケース４２と磁性体素片４１との間の熱応力を小さくすることができ、充電時の磁性体素片４１の割れを抑制することができる。

本実施形態に係るコア４０は、高流動ＦＲＰ樹脂材による低圧成形によりインサート成形を行うため、コア４０の成形時に磁性体素片４１にかかる応力を小さくすることができ、成形時に磁性体素片４１に割れが生じることを抑制することができる。

上述した実施形態では、図２に示すように、同じ大きさの９枚の磁性体素片を隙間なく並べてコアを形成しているが、磁性体素片の大きさと枚数は、所望の大きさの磁性体を形成できれば、どのような組み合わせを用いてもよく、異なる大きさの磁性体素片を組み合わせて所望の大きさの磁性体を形成してもよい。

上述した実施形態では、インサートコアケースにコイル案内溝を設けているが、コイル案内溝を設けなくてもよい。コイル案内溝を設けないことにより、インサート成形用の型の形状を簡素化することができる。

上述した実施形態では、磁性体素片をフェライトで形成しているが、アモルファスなどを用いてもよい。

上述した実施形態では、インサートコアケースの材料としてＦＲＰを用いたが、インサート成形において低圧成形が可能であり、磁性体に近い線膨張係数を持つ樹脂であれば、ＦＲＰ以外の樹脂を用いてもよい。

上述した実施形態では、非接触充電の電力伝送に結合共振を用いているが、電磁誘導による電力伝送を用いてもよい。

１０車両用非接触充電システム、２０電動車両、２１受電側コイルユニット、２２整流器、２３二次電池、３０電力供給装置、３１電力源、３２送電側コイルユニット、４０コア、４１磁性体素片、４２インサートコアケース、４３コイル案内溝。

Claims

車両用非接触充電システムの受電側コイルユニットに用いられるコアであって、
矩形平板形状にそれぞれが形成され、格子状に密着して配列された複数の磁性体素片と、
前記複数の磁性体素片をインサート成形することにより、前記複数の磁性体素片を上下面および外周側面から一体的に包み込む樹脂製のインサートコアケースと、
を含むことを特徴とする車両用非接触充電システムの受電側コイルユニットに用いられるコア。
車両用非接触充電システムの受電側コイルユニットに用いられるコアの製造方法であって、
インサート成形に用いる型であって、当該型の枠からその内側へ向けて押し込み可能にされた押圧ピンが複数設けられている型の内部に、矩形平板形状に形成された磁性体素片を格子状に複数配列するステップと、
各前記押圧ピンを前記枠の内側に押し込むことで、前記複数の磁性体素片を互いに密着させるステップと、
前記型に溶融した樹脂を流し入れ、前記複数の磁性体素片をインサート成形し、樹脂製のインサートコアケースを成形するステップと、
前記型を前記インサートコアケースから外すステップと、
を含むことを特徴とする車両用非接触充電システムの受電側コイルユニットに用いられるコアの製造方法。