JP6285810B2 - 非接触給電装置におけるコイルユニット - Google Patents

Description

本発明は、電気自動車などの移動体に地上側から非接触で給電する非接触給電装置における給電側または受電側のコイルユニットに関する。

電気自動車などの移動体に搭載した充電池に、固定体（地上側）からワイヤレスで給電する非接触給電装置が開発され実用化されている。非接触給電装置は、例えば、移動体である車両に搭載された受電側ユニットと、車両が駐車する駐車スペース等の固定体に設置された給電側ユニットと、から構成されている。給電側ユニットと受電側ユニットは、共にコイルを中心に構成されているので、以下、区別しない場合は、コイルユニットと呼ぶこともある。

この非接触給電装置によれば、駐車スペースに車両を駐車し、受電側ユニットと給電側ユニットとを互いに間隔をあけて対向させた状態で、給電側ユニットのコイルに交流電力を供給することにより、当該交流電力を、非接触で受電側ユニットのコイルに受電させることができる。

この種の非接触給電装置の有力な方式として、磁気共鳴方式と電磁誘導方式の２方式が広く知られている。このうち磁気共鳴方式は、コイルやコンデンサを使って共鳴（共振）回路を作り、磁界を共鳴させることで、送信側（給電側）から受信側へ電力を送る方式である。この方式を用いた非接触給電装置の例は、特許文献１などにおいて知られている。

磁気共鳴方式の非接触給電装置においては、一般に、給電側ユニット及び受電側ユニットは、それぞれ、導体をループ状に曲げたコイルと、該コイルに電磁結合され、導体を螺線状に曲げた共鳴コイルとを備えている。磁気共鳴方式の非接触給電装置では、給電側ユニットのコイルに交流電力が供給されると、その電力が電磁誘導により共鳴コイルに送られ、共鳴コイルに送られた電力が磁界の共鳴によって受電側の共鳴コイルにワイヤレスで送られ、さらに受電側の共鳴コイルに送られた電力が、電磁誘導によって受電側のコイルに送られて、このコイルに接続された負荷に供給される。

また、もう一方の電磁誘導方式は、２つのコイルを近接させて置き、一方のコイルに電流を流すことで発生する磁束を他方のコイルに結合させることで電力を送る方式である。この方式を用いた非接触給電装置の例は、特許文献２などにおいて知られている。

電磁誘導方式の非接触給電装置では、給電側ユニットのコイル（給電側コイル：一次コイル）と受電側ユニットのコイル（受電側コイル：二次コイル）との間の電磁誘導を利用して、給電側コイルから受電側コイルに電力を供給する。

図３は、特許文献２に開示された給電システムの例を示している。この給電システムでは、電磁誘導方式の非接触給電装置Ｍが採用されている。

エンジン５０２と共にモータ５０３を駆動源として搭載するハイブリッド式の車両（移動体）５０１は、モータ５０３用の電源である二次電池５０４と、二次電池５０４の直流を交流に変換してモータ５０３に供給するインバータ５０５と、二次電池５０４の充電回路５０６と、受電側アルミ板５０７を介して車体の床面の外側（床下）に固定された受電側ユニット５０８と、を備えている。

また、給電ステーション側（固定体側）は、商用周波数の交流電源５１０と、この交流が直流に変換され、この直流から、さらに高周波交流を生成するインバータ５１１と、給電側アルミ板５１２を介して給電ステーションに固定された給電側ユニット５１３と、を備えている。

給電側ユニット５１３及び受電側ユニット５０８は、それぞれに、図４に示すように、平板状のフェライトコア５２０にコイル線５２１を巻回して構成したコイルを主要素として含んでいる。ここでは、給電側ユニット５１３のコイルを給電側コイル５１３と言い、受電側ユニット５０８のコイルを受電側コイル５０８と言い、同じ符号で説明する。

給電側コイル５１３の平板状のフェライトコア５２０と、受電側コイル５０８の平板状のフェライトコア５２０は、板面を互いに対向させる関係に配置されている。この場合の給電側コイル５１３及び受電側コイル５０８は、平板状のフェライトコアの片側表面に螺線状のコイルを形成したもの（片側巻コイル）ではなく、平板状のフェライトコア５２０の外周にコイル線５２１を螺線状に巻回したもの（両側巻コイル）である。

従って、主磁束５３０は、図４に点線で示すように、給電側コイル５１３のフェライトコア５２０の一方の磁極から受電側コイル５０８のフェライトコア５２０の一方の磁極に進入し、受電側コイル５０８のフェライトコア５２０の内部を通り、受電側コイル５０８のフェライトコア５２０の他方の磁極から給電側コイル５１３のフェライトコア５２０の他方の磁極に進入し、給電側コイル５１３のフェライトコア５２０の内部を通って一方の磁極に達するように巡回する。そして、次の瞬間には逆ルートで巡回し、これを交互に繰り返す。

このような両側巻コイルを給電側ユニット５１３及び受電側ユニット５０８に使用した非接触給電装置では、給電側コイル５１３及び受電側コイル５０８の非対向面側に迂回する漏洩磁束５３２が生じる。この漏洩磁束５３２が車体の床の鉄板に侵入すると、誘導電流が流れて鉄板が加熱され、給電効率が大幅に低下する。そのため、両側巻コイルを用いたこの種の非接触給電装置では、給電側コイル５１３及び受電側コイル５０８の背面に、非磁性良導電体であるアルミ板５１２、５０７を配置して、漏洩磁束５３２を磁気遮蔽している。

図３及び図４に示した例では、アルミ板５１２、５０７を給電側ユニット５１３及び受電側ユニット５０８とは別に設ける場合を示したが、図５に示す受電側ユニット６００のように、受電側ユニット６００自体にアルミ板を一体化させたものも開発されている。即ち、この受電側ユニット６００では、筐体６０３を、箱型の樹脂ケース本体６０１と平板状のアルミカバー６０２とで構成し、筐体６０３内の収容空間６０４に、フェライトコア６１１にボビン６１３を介してコイル線６１２を巻いた受電側コイル（コイルユニット本体に相当）６１０を収容している。

特開２０１３−１７２１１６号公報 特開２０１２−２０４４６９号公報

ところで、上述の従来のコイルユニット（受電側ユニット６００）では、実際には、筐体６０３内に収容されたコイルユニット本体（受電側コイル６１０）が、筐体６０３内の収容空間６０４の内壁に直接当たっている部分だけで保持されており、その他の部分では、コイルユニット本体（受電側コイル６１０）と筐体６０３との間に隙間があいた状態になっている。

しかしながら、コイルユニット本体と筐体との間に隙間があると、振動や外部からの衝撃によって、コイルユニット本体の特に平面視した場合の中央部に大きな曲げモーメントが発生する可能性がある。また、コイルユニット本体が筐体内でガタ付きやすく、筐体と過度に干渉する可能性もある。そのため、コイルユニット本体が損傷するおそれがあった。また、コイルユニット本体は、稼働時に発熱するものであるが、筐体との間に隙間があると、放熱性が悪くなるという問題もある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、コイルユニット本体の損傷防止を図ることができると共に、コイルユニット本体の放熱性の向上を図ることのできる非接触給電装置におけるコイルユニットを提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明に係る非接触給電装置におけるコイルユニットは、下記（１）〜（３）を特徴としている。
（１） 平面視矩形状のコイルユニット本体と、
前記コイルユニット本体が収容空間に収容される筐体と、
前記コイルユニット本体の外周の４つの角部に装着されるゴムスペーサと、
を備え、
前記コイルユニット本体に前記ゴムスペーサが装着され、且つ、前記筐体内の収容空間に前記コイルユニット本体が収容された状態にて、前記ゴムスペーサによって、前記収容空間内において前記コイルユニット本体が位置決め保持され、
前記コイルユニット本体の上下面と前記筐体の上下内面との間に確保された隙間に、ポッティング剤が充填されて硬化され、
前記ゴムスペーサの上下面が、前記筐体の上下内面に当接しており、
前記ゴムスペーサの外側端縁が、前記筐体の側壁の内面に当接している、
ことを特徴とする非接触給電装置におけるコイルユニット。
（２） 平面視矩形状のコイルユニット本体と、
前記コイルユニット本体が収容空間に収容される筐体と、
前記コイルユニット本体の外周の４つの角部に装着されるゴムスペーサと、
を備え、
前記コイルユニット本体に前記ゴムスペーサが装着され、且つ、前記筐体内の収容空間に前記コイルユニット本体が収容された状態にて、前記ゴムスペーサによって、前記収容空間内において前記コイルユニット本体が位置決め保持され、
前記コイルユニット本体の上下面と前記筐体の上下内面との間に確保された隙間に、ポッティング剤が充填されて硬化され、
前記ゴムスペーサは、前記コイルユニット本体を構成するコア部材の外周の４つ角部に該各角部を覆うように嵌着されるキャップ型に形成され、前記各角部に嵌着された状態で、前記ゴムスペーサの上下面が前記筐体の上下内面に当接しており、
前記コイルユニット本体の上下面と前記筐体の上下内面との間に確保された、前記ゴムスペーサの肉厚分の隙間に、前記ポッティング剤が充填されて硬化された、
ことを特徴とする非接触給電装置におけるコイルユニット。
（３） 前記筐体が、板状の底壁と該底壁より起立して前記収容空間の周囲を囲む側壁とを有した箱型の樹脂ケース本体と、前記樹脂ケース本体の上面の開口を塞ぐ板状のカバーと、によって構成され、
前記ゴムスペーサは、その外側端縁が、前記樹脂ケース本体の側壁の内面に当接している、
ことを特徴とする上記（２）に記載の非接触給電装置におけるコイルユニット。

上記（１）の構成の非接触給電装置におけるコイルユニットによれば、コイルユニット本体の上下全面をポッティング剤を介して隙間無く筐体により保持することができる。従って、振動や外部からの衝撃が作用する場合にも、コイルユニット本体の平面視における中央部分に大きな曲げモーメントが発生するのを防ぐことができる。また、コイルユニット本体と筐体との間の隙間が全てゴムスペーサとポッティング剤で埋まるので、筐体内でのコイルユニット本体のガタ付きを無くすことができて、コイルユニット本体と筐体の無用な干渉を防ぐことができる。その結果、コイルユニット本体の損傷防止を図ることができる。また、筐体とコイルユニット本体との間の隙間がポッティング剤で埋まることにより、コイルユニット本体で発生する熱がポッティング剤を介して筐体側に効率よく伝わり、筐体の外部に放散されることになるので、コイルユニット本体の放熱性の向上が図れる。
上記（２）の構成のコイルユニットによれば、ゴムスペーサがキャップ型をなしているので、平面視矩形状のコイルユニット本体を構成するコア部材の外周の４つ角部にゴムスペーサを容易に嵌着することができ、４つの角部を保護することができる。また、ゴムスペーサを４つの角部に嵌着した状態で、コイルユニット本体を筐体内に収容することにより、ゴムスペーサの上下面が筐体の上下内面に当接するので、筐体内におけるコイルユニット本体の上下方向のガタ付きを無くすことができる。また、コイルユニット本体の上下面と筐体の上下内面との間にゴムスペーサの肉厚分の隙間が確保され、その隙間がポッティング剤で埋められているので、隙間の管理をゴムスペーサの肉厚で行うことができ、コイルユニットの薄型化に貢献することができる。
上記（３）の構成のコイルユニットによれば、樹脂ケース本体の上面の開口からコイルユニット本体を樹脂ケース本体の収容空間に収容するだけで、樹脂ケース本体内でコイルユニット本体の位置決めを行うことができる。しかも、その後で、樹脂ケース本体の内部にポッティング剤を充填して、カバーを樹脂ケース本体の上に被せて固定するだけで、簡単に組立を完了することができる。

本発明のコイルユニットによれば、振動や外部からの衝撃が作用する場合にも、コイルユニット本体の損傷防止を図ることができる。また、コイルユニット本体の放熱性の向上も図れる。

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という。）を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。

図１は、本発明の実施形態のコイルユニットを構成するコイルユニット本体の斜視図である。 図２は、本発明の実施形態のコイルユニットの要部断面図である。 図３は、一般的な車両用の非接触給電システムの模式図である。 図４は、同給電システムに使用される電磁誘導方式の非接触給電装置の例を示す側面図である。 図５は、従来の受電側ユニット（コイルユニット）の一例を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、実施形態のコイルユニットを構成するコイルユニット本体の斜視図、図２は、実施形態のコイルユニットの要部断面図である。

本実施形態のコイルユニットは、受電側（移動体側）に設置される受電側ユニットとして説明するが、給電側ユニットとしても利用可能なものである。

図２に示す非接触給電装置におけるコイルユニット（受電側ユニット）１は、車両（移動体）の床下に設置されて、図示しない固定体側（駐車スペース等）に設置された給電側のコイルユニットから非接触で給電されるものである。

このコイルユニット１は、図２に示すように、筐体２３の内部に確保された収容空間２４に、図１に示すように構成されたコイルユニット本体１０を収容したものである。コイルユニット本体１０は、平面視矩形の平板状のフェライトコア１１（図１では図示されないので、図２を参照）の外周に、コイルボビン等の絶縁体１２を介して帯板状のコイル線１４を巻回したものである。

一方、図２に示すように、このコイルユニット本体１０を収容する筐体２３は、下側（地面側）の箱型の樹脂ケース本体２１と、樹脂ケース本体２１の上面を覆う上側（車両側）の矩形平板状のアルミカバー２２と、から構成されている。樹脂ケース本体２１は、上面が開口した収容空間２４を備えると共に、板状の底壁２１ａと該底壁２１ａより起立して収容空間２４の周囲を囲む側壁２１ｂとを有している。

このコイルユニット１では、図１に示すように、平面視矩形状のコイルユニット本体１０の外周の４つの角部にゴムスペーサ１５を装着し、その状態で、図２に示すように、筐体２３内の収容空間２４にコイルユニット本体１０を収容している。

このようにゴムスペーサ１５を装着した状態でコイルユニット本体１０を樹脂ケース本体２１の収容空間２４に収容することにより、収容空間２４内において、コイルユニット本体１０が位置決め保持される。また同時に、コイルユニット本体１０の上下面と筐体２３の上下内面との間に、所定の隙間２６が確保される。そこで、筐体２３内に、硬化時にゴムスペーサ１５と同程度の硬度を発現する流動性を有したポッティング剤２５を充填して前記隙間２６を埋め、その状態で、ポッティング剤２５を硬化させている。

この場合のゴムスペーサ１５は、平面視矩形状のフェライトコア１１（コア部材）の外周の４つ角部に該各角部を覆うようにそれぞれ嵌着されるキャップ型に形成されている。そして、ゴムスペーサ１５を装着した状態で、コイルユニット本体１０を樹脂ケース本体２１の収容空間２４に収容することにより、ゴムスペーサ１５の外側端縁が、樹脂ケース本体２１の側壁１１ｂの内面に当接している。また、ゴムスペーサ１５の上下面が樹脂ケース本体２１の内底面（筐体２３の下内面）とアルミカバー２２の下面（筐体２３の上内面）に密着している。従って、コイルユニット本体１０の上下面と筐体２３の上下内面との間にゴムスペーサ１５の肉厚ｔ分の隙間２６が確保され、その隙間２６がポッティング剤２５で埋められている。

次に作用を説明する。
このコイルユニット１は、受電側ユニットとして、アルミカバー２２の外周部に設けた取付フランジ等（図示せず）を使用して、アルミカバー２２を車体側に向け、樹脂ケース本体２１を地面側に向けた姿勢で、車体の床下に固定される。

このように車両に取り付けた状態で、駐車スペースに車両を駐車し、受電側ユニット（コイルユニット１）と図示しない地面側の給電側ユニットとを互いに間隔をあけて対向させた状態で、給電側ユニットのコイルに交流電力を供給することにより、当該交流電力を非接触で受電側ユニット（コイルユニット１）のコイルユニット本体１０に受電させることができる。

このコイルユニット１によれば、コイルユニット本体１０の上下全面をポッティング剤２５を介して隙間無く筐体２３により保持することができる。従って、振動や外部からの衝撃が作用する場合にも、コイルユニット本体１０の平面視における中央部分に大きな曲げモーメントが発生するのを防ぐことができる。また、コイルユニット本体１０と筐体２３との間の隙間２６が全てゴムスペーサ１５とポッティング剤２５で埋まるので、筐体２３内でのコイルユニット本体１０のガタ付きを無くすことができて、コイルユニット本体１０と筐体２３の無用な干渉を防ぐことができる。その結果、コイルユニット本体１０の損傷防止を図ることができる。

また、筐体２３とコイルユニット本体１０との間の隙間２６がポッティング剤２５で埋まることにより、コイルユニット本体１０で発生する熱がポッティング剤２５を介して筐体２３側に効率よく伝わり、筐体２３の外部に放散されることになる。そのため、コイルユニット本体１０の放熱性の向上が図れる。

また、本実施形態のコイルユニット１によれば、ゴムスペーサ１５がキャップ型をなしているので、平面視矩形状のコイルユニット本体１０を構成するフェライトコア（コア部材）１１の外周の４つ角部にゴムスペーサ１５を容易に嵌着することができ、４つの角部を保護することができる。また、ゴムスペーサ１５を４つの角部に嵌着した状態で、コイルユニット本体１０を筐体２３内に収容することにより、ゴムスペーサ１５の上下面が筐体２３の上下内面に当接するので、筐体２３内におけるコイルユニット本体１０の上下方向のガタ付きを無くすことができる。また、コイルユニット本体１０の上下面と筐体２３の上下内面との間にゴムスペーサ１５の肉厚ｔ分の隙間２６が確保され、その隙間２６がポッティング剤２５で埋められているので、隙間２６の管理をゴムスペーサ１５の肉厚ｔで行うことができ、コイルユニット１の薄型化に貢献することができる。

また、本実施形態のコイルユニット１によれば、樹脂ケース本体２１の上面の開口からコイルユニット本体１０を樹脂ケース本体２１の収容空間２４に収容するだけで、樹脂ケース本体２１内でコイルユニット本体１０の位置決めを行うことができる。しかも、その後で、樹脂ケース本体２１の内部にポッティング剤２５を充填して、アルミカバー２２を樹脂ケース本体２１の上に被せて固定するだけで、簡単に組立を完了することができる。

尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

ここで、上述した本発明に係る非接触給電装置におけるコイルユニットの実施形態の特徴をそれぞれ以下（１）〜（３）に簡潔に纏めて列記する。
（１） 平面視矩形状のコイルユニット本体（１０）と、
前記コイルユニット本体が収容空間に収容される筐体（２３）と、
前記コイルユニット本体の外周の４つの角部に装着されるゴムスペーサ（１５）と、
を備え、
前記コイルユニット本体に前記ゴムスペーサを装着した状態で、前記筐体内の収容空間に前記コイルユニット本体を収容することにより、前記ゴムスペーサによって、前記収容空間内において前記コイルユニット本体が位置決め保持され、
前記コイルユニット本体の上下面と前記筐体の上下内面との間に確保された隙間（２６）に、ポッティング剤（２５）が充填されて硬化した、
ことを特徴とする非接触給電装置におけるコイルユニット。
（２） 前記ゴムスペーサは、前記コイルユニット本体を構成するコア部材の外周の４つ角部に該各角部を覆うように嵌着されるキャップ型に形成され、前記各角部に嵌着された状態で、前記ゴムスペーサの上下面が前記筐体の上下内面に当接しており、
前記コイルユニット本体の上下面と前記筐体の上下内面との間に確保された、前記ゴムスペーサの肉厚（ｔ）分の隙間に、前記ポッティング剤が充填されて硬化した、
ことを特徴とする上記（１）に記載の非接触給電装置におけるコイルユニット。
（３） 前記筐体が、板状の底壁（２１ａ）と該底壁より起立して前記収容空間の周囲を囲む側壁（２１ｂ）とを有した箱型の樹脂ケース本体（２１）と、前記樹脂ケース本体の上面の開口を塞ぐ板状のカバー（アルミカバー２２）と、によって構成され、
前記ゴムスペーサは、その外側端縁が、前記樹脂ケース本体の側壁の内面に当接している、
ことを特徴とする上記（２）に記載の非接触給電装置におけるコイルユニット。

１ コイルユニット
１０ コイルユニット本体
１１ フェライトコア（コア部材）
１５ ゴムスペーサ
２１ 樹脂ケース本体
２１ａ 底壁
２１ｂ 側壁
２２ アルミカバー
２３ 筐体
２４ 収容空間
２５ ポッティング剤
２６ 隙間
ｔ 肉厚

Claims (3)

1. 平面視矩形状のコイルユニット本体と、
   前記コイルユニット本体が収容空間に収容される筐体と、
   前記コイルユニット本体の外周の４つの角部に装着されるゴムスペーサと、
   を備え、
   前記コイルユニット本体に前記ゴムスペーサが装着され、且つ、前記筐体内の収容空間に前記コイルユニット本体が収容された状態にて、前記ゴムスペーサによって、前記収容空間内において前記コイルユニット本体が位置決め保持され、
   前記コイルユニット本体の上下面と前記筐体の上下内面との間に確保された隙間に、ポッティング剤が充填されて硬化され、
   前記ゴムスペーサの上下面が、前記筐体の上下内面に当接しており、
   前記ゴムスペーサの外側端縁が、前記筐体の側壁の内面に当接している、
   ことを特徴とする非接触給電装置におけるコイルユニット。
2. 平面視矩形状のコイルユニット本体と、
   前記コイルユニット本体が収容空間に収容される筐体と、
   前記コイルユニット本体の外周の４つの角部に装着されるゴムスペーサと、
   を備え、
   前記コイルユニット本体に前記ゴムスペーサが装着され、且つ、前記筐体内の収容空間に前記コイルユニット本体が収容された状態にて、前記ゴムスペーサによって、前記収容空間内において前記コイルユニット本体が位置決め保持され、
   前記コイルユニット本体の上下面と前記筐体の上下内面との間に確保された隙間に、ポッティング剤が充填されて硬化され、
   前記ゴムスペーサは、前記コイルユニット本体を構成するコア部材の外周の４つ角部に該各角部を覆うように嵌着されるキャップ型に形成され、前記各角部に嵌着された状態で、前記ゴムスペーサの上下面が前記筐体の上下内面に当接しており、
   前記コイルユニット本体の上下面と前記筐体の上下内面との間に確保された、前記ゴムスペーサの肉厚分の隙間に、前記ポッティング剤が充填されて硬化された、
   ことを特徴とする非接触給電装置におけるコイルユニット。
3. 前記筐体が、板状の底壁と該底壁より起立して前記収容空間の周囲を囲む側壁とを有した箱型の樹脂ケース本体と、前記樹脂ケース本体の上面の開口を塞ぐ板状のカバーと、によって構成され、
   前記ゴムスペーサは、その外側端縁が、前記樹脂ケース本体の側壁の内面に当接している、
   ことを特徴とする請求項２に記載の非接触給電装置におけるコイルユニット。

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