JP6287742B2 - Non-contact power transmission device - Google Patents
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Description
本発明は、送電コイルと、外部電源に接続されると共に送電コイルに電力を供給する電力機器とを含み、受電装置に非接触で電力を供給する非接触式送電装置に関する。 The present invention relates to a non-contact power transmission device that includes a power transmission coil and a power device that is connected to an external power source and supplies power to the power transmission coil, and that supplies power to the power receiving device in a contactless manner.
従来、この種の非接触式送電装置として、渦巻き状の送電コイルと、当該送電コイルに跨がるように配置された金属熱伝導体とを含み、例えば車両に搭載された受電装置に非接触で電力を供給するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。この非接触式送電装置において、金属熱伝導体は、渦電流を小さくして送電コイルの発熱を抑制すべく、コイル間を跨ぐ方向に長くなり、かつコイルの巻回方向に薄くなるように構成される。そして、金属熱伝導体の一部は、送電コイルのギャップ空間側に露出させられ、金属熱伝導体を介したギャップ空間内の外気との自然対流による熱交換あるいはファン等による強制空冷により送電コイルが冷却される。 Conventionally, as this type of non-contact power transmission device, it includes a spiral power transmission coil and a metal heat conductor arranged so as to straddle the power transmission coil, and is non-contact with a power reception device mounted on a vehicle, for example For supplying electric power is known (for example, see Patent Document 1). In this non-contact power transmission device, the metal heat conductor is configured to be long in the direction across the coils and thin in the coil winding direction in order to reduce the eddy current and suppress the heat generation of the power transmission coil. Is done. A part of the metal heat conductor is exposed to the gap space side of the power transmission coil, and the power transmission coil is subjected to heat exchange by natural convection with the outside air in the gap space via the metal heat conductor or forced air cooling by a fan or the like. Is cooled.
しかしながら、上記従来の非接触式送電装置のように、金属熱伝導体を介してギャップ空間内の外気との自然対流による熱交換を行っても、送電コイルを充分に冷却し得なくなるおそれがある。また、非接触式送電装置の設置箇所によっては、ファン等の強制冷却装置を配置することが困難となることも多く、強制冷却装置を用いることで非接触式送電装置のコストも増加してしまう。 However, there is a possibility that the power transmission coil cannot be sufficiently cooled even if heat exchange is performed by natural convection with the outside air in the gap space via the metal heat conductor as in the conventional non-contact power transmission device. . Also, depending on the location of the non-contact power transmission device, it is often difficult to arrange a forced cooling device such as a fan, and the use of the forced cooling device increases the cost of the non-contact power transmission device. .
そこで、本発明は、強制冷却を行うことなく送電コイルを良好に冷却可能な非接触式送電装置の提供を主目的とする。 Then, this invention sets it as the main objective to provide the non-contact-type power transmission device which can cool a power transmission coil favorably without performing forced cooling.
本発明による非接触式送電装置は、渦巻き状の送電コイルと、外部電源に接続されると共に前記送電コイルに電力を供給する電力機器とを含む非接触式送電装置であって、少なくとも前記送電コイルを収容すると共に、底面と設置面との間に隙間が形成されるように前記設置面に配置される筐体を備え、前記筐体は、前記隙間と連通すると共に前記送電コイルの中央部を通るように形成された筒状部を有することを特徴とする。 A non-contact power transmission device according to the present invention is a non-contact power transmission device including a spiral power transmission coil and a power device connected to an external power source and supplying power to the power transmission coil, at least the power transmission coil And a housing disposed on the installation surface such that a gap is formed between the bottom surface and the installation surface, and the housing communicates with the gap and includes a central portion of the power transmission coil. It has the cylindrical part formed so that it may pass.
この非接触式送電装置は、渦巻き状の送電コイルを収容する筐体を備える。筐体は、底面と設置面との間に隙間が形成されるように当該設置面に配置される。更に、筐体は、その底面と設置面との間の隙間と連通すると共に送電コイルの中央部を通るように形成された筒状部を有する。これにより、この非接触式送電装置では、筒状部内の空気が筐体内の送電コイルの熱を奪って昇温することで、当該筒状部内に上方へと向かう空気の流れが形成され、それに伴い、筐体の底面と設置面との間の隙間には、当該隙間に流れ込んで筒状部内へと向かう空気の流れ(対流)が形成される。この結果、筒状部内や筐体の底面と設置面との間の隙間を流通する空気により筐体内の送電コイルの熱を良好に奪うことができるので、強制冷却を行うことなく筐体内の送電コイルを極めて良好に冷却することが可能となる。更に、筐体に筒状部を設けることで、非接触式送電装置全体の軽量化を図りつつ、上方からの荷重に対する強度を向上させることもできる。 This non-contact power transmission device includes a housing that houses a spiral power transmission coil. The housing is arranged on the installation surface such that a gap is formed between the bottom surface and the installation surface. Furthermore, the housing has a cylindrical portion that is formed to communicate with the gap between the bottom surface and the installation surface and to pass through the central portion of the power transmission coil. As a result, in this non-contact power transmission device, the air in the cylindrical portion takes the heat of the power transmission coil in the casing and raises the temperature, thereby forming an upward air flow in the cylindrical portion. Accordingly, in the gap between the bottom surface of the housing and the installation surface, an air flow (convection) flowing into the gap and into the cylindrical portion is formed. As a result, heat flowing in the casing can be satisfactorily taken away by the air flowing through the gap between the cylindrical portion or the bottom surface of the casing and the installation surface, so that power transmission in the casing can be performed without forced cooling. The coil can be cooled very well. Furthermore, by providing the cylindrical portion in the housing, the strength against the load from above can be improved while reducing the weight of the entire non-contact power transmission device.
また、筒状部の下端部の内周面は、上端から下端に向かうにつれて断面積が大きくなるように形成されてもよい。これにより、筐体の底面と設置面との間の隙間内から筒状部内への空気の流入を促進させることが可能となる。そして、筐体は、送電コイルに加えて電力機器を収容するものであってもよい。すなわち、本発明による非接触式送電装置では、筒状部内や筐体の底面と設置面との間の隙間を流通する空気により筐体内の送電コイルと電力機器との双方を極めて良好に冷却することが可能となる。 Moreover, the inner peripheral surface of the lower end part of the cylindrical part may be formed so that the cross-sectional area increases from the upper end toward the lower end. Thereby, it becomes possible to promote the inflow of air from the inside of the gap between the bottom surface of the housing and the installation surface into the cylindrical portion. And a housing | casing may accommodate an electric power apparatus in addition to a power transmission coil. That is, in the non-contact power transmission device according to the present invention, both the power transmission coil and the power device in the housing are cooled very well by the air flowing through the gap between the cylindrical portion or the bottom surface of the housing and the installation surface. It becomes possible.
更に、筐体は、電力機器が載置されるベース部材と、電力機器を覆うようにベース部材に取り付けられると共に送電コイルが載置される区画部材と、少なくとも送電コイルを覆うようにベース部材に取り付けられる樹脂カバーとを含んでもよく、筒状部は、ベース部材に形成されたベース側筒状部と、送電コイルの中央部を通るようにカバーからベース部材に向けて延出されたカバー側筒状部とにより構成されてもよい。これにより、筒状部内を流通する空気により筐体内の送電コイルの熱を奪うと共に、筐体すなわちベース部材の底面と設置面との間の隙間を流通する空気により電力機器の熱を奪うことで、筐体内の送電コイルと電力機器との双方を極めて良好に冷却することが可能となる。また、樹脂カバーのカバー側筒状部を送電コイルの中央部に配置することで、送電コイルにより形成される磁界への影響を低減化することができる。従って、ベース側筒状部とカバー側筒状部との境界は、送電コイルよりも下方に位置するとよい。 Further, the housing is attached to the base member so as to cover the power device, the partition member attached to the base member so as to cover the power device and the power transmission coil, and at least the base member so as to cover the power transmission coil. The cylindrical portion may include a base-side cylindrical portion formed on the base member and a cover side that extends from the cover toward the base member so as to pass through the central portion of the power transmission coil. You may comprise by a cylindrical part. As a result, heat from the power transmission coil in the housing is taken away by the air flowing through the cylindrical portion, and heat from the power equipment is taken away from the air flowing through the gap between the bottom surface of the housing, that is, the base member and the installation surface. Thus, it is possible to cool both the power transmission coil and the power device in the housing extremely well. Moreover, the influence on the magnetic field formed by a power transmission coil can be reduced by arrange | positioning the cover side cylindrical part of a resin cover in the center part of a power transmission coil. Therefore, the boundary between the base-side tubular portion and the cover-side tubular portion is preferably located below the power transmission coil.
次に、図面を参照しながら本発明を実施するための形態について説明する。 Next, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明による非接触式送電装置20を含む給電システム1を示す概略構成図である。同図に示す給電システム1は、非接触式送電装置(以下、単に「送電装置」という)20に加えて、図示しない電動機やバッテリを搭載したハイブリッド自動車あるいは電気自動車である車両100に搭載される受電装置10を含むものである。受電装置10は、例えば渦巻き状の受電コイルおよび環状のフェライトコアを含む受電コイルユニット11や、受電コイルに直列に接続されて当該受電コイルと共に共振回路を構成するコンデンサ(図示省略)等を有し、車両100のフロアパネルに配置される。受電装置10は、整流器やDC/DCコンバータ(何れも図示省略)等を介してバッテリに接続される。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a
送電装置20は、駐車場等の車両の停車スペースに設置されるものであり、送電コイルユニット21と、家庭用電源といった外部電源としての交流電源24に接続される電力機器25と、送電コイルユニット21および電力機器25を収容する筐体30とを有する。送電コイルユニット21は、渦巻き状の送電コイル22と環状の板体であるフェライトコア23とを有する(図2および図3参照)。電力機器25は、送電コイル22に直列に接続されて当該送電コイル22と共に共振回路を構成するコンデンサや、交流電源24からの電力を所定周波数の電力(高周波電力)に変換して送電コイルに供給する高周波電源回路、送電電子制御装置(制御回路)、無線通信装置等を含む。電力機器25の電子制御装置は、無線通信装置を介して車両100の電子制御装置と情報をやり取りしながら、高周波電源回路等を制御する。
The
図2は、送電装置20を示す断面図であり、図3は、送電装置20を示す分解斜視図である。図2および図3に示すように、筐体30は、ベース部材31、区画部材32およびカバー33を含む。ベース部材31は、例えばアルミ等の金属により形成されており、略正方形状の底板部310と、当該底板部310の中央部から図2および図3における上方に向けて(カバー33に向けて)垂直に延出された中空のベース側筒状部311とを有する。本実施形態において、ベース側筒状部311は、円筒状に形成されるが、これに限られるものではなく、例えば角筒状に形成されてもよい。また、ベース側筒状部311の内周面は、図2に示すように、下端側(基端側)にテーパ面311tを含み、当該テーパ面311tは、ベース側筒状部311の上端(遊端)から下端(基端)に向かうにつれて通路断面積が大きくなるように形成されている。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the
区画部材32は、例えばアルミ等の金属により形成されており、略正方形状の天板部320と、天板部320の外周に沿って延在する側壁部321とを有する。天板部320には、その中央部を窪ませることによりコイル支持凹部322が形成されており、コイル支持凹部322の底板部には、開口(本実施形態では、円穴)322hが形成されている。本実施形態において、開口322hは、ベース部材31のベース側筒状部311の外径よりも小さく、かつベース側筒状部311の内径よりも大きい直径を有する。また、側壁部321は、天板部320の外周部から垂直に延出されており、ベース部材31のベース側筒状部311よりも大きい高さを有する。
The
カバー33は、樹脂により形成されており、略正方形状の平板部330と、当該平板部330の中央部から図2および図3における下方に向けて(ベース部材31に向けて)垂直に延出された中空のカバー側筒状部331を有する。本実施形態において、カバー側筒状部331は、円筒状に形成されるが、これに限られるものではなく、例えば角筒状に形成されてもよい。カバー側筒状部331の外径は、区画部材32の開口322hの直径よりも僅かに小さく定められており、当該カバー側筒状部331の内径は、ベース部材31のベース側筒状部311の内径と同一に定められている。また、平板部330の裏面(図2における下面)からカバー側筒状部331の先端(遊端)までの高さは、区画部材32の天板部320の表面(図2における上面)からコイル支持凹部322の底板部の裏面(図2における下面)までの高さと同一に定められている。
The
図2に示すように、筐体30を構成するベース部材31の底板部310上には、電力機器25(コンデンサ、高周波電源回路、送電電子制御装置、無線通信装置等)が載置される。また、筐体30を構成する区画部材32は、天板部320、コイル支持凹部322および側壁部321により電力機器25が覆われると共にコイル支持凹部322の底板部がベース部材31のベース側筒状部311の先端面(遊端面)と当接するように例えば複数のボルト等を介してベース部材31に取り付けられる。更に、側壁部321の下縁部とベース部材31の底板部310との境界にはシールが施される。
As shown in FIG. 2, the power device 25 (a capacitor, a high frequency power supply circuit, a power transmission electronic control device, a wireless communication device, etc.) is placed on the
区画部材32のコイル支持凹部322には、図2および図3に示すように、送電コイル22が上方(カバー33側)に位置するように送電コイルユニット21が載置される。そして、カバー33は、送電コイルユニット21と、区画部材32のコイル支持凹部322および天板部320(天板部320の全体)とを覆うようにベース部材31および区画部材32にボルト等を介して取り付けられる。このようにベース部材31や区画部材32を樹脂性のカバー33で覆うことにより、送電装置20の表面が日射等により高温になってしまうのを抑制することができる。また、カバー33のカバー側筒状部331は、環状の送電コイルユニット21すなわち送電コイル22の中央部に挿通されると共に、区画部材32の開口322hに嵌合される。更に、カバー側筒状部331の先端面(遊端面)は、ベース部材31のベース側筒状部311の先端面(遊端面)と密に当接し、カバー側筒状部331の内周面とベース側筒状部311の内周面とは、面一に連続する。
As shown in FIGS. 2 and 3, the power
また、本実施形態では、ベース側筒状部311の先端面に一連(環状)のシール溝が形成されており、当該シール溝とカバー側筒状部331の先端面との間には、シール部材34が配置される。これにより、ベース側筒状部311とカバー側筒状部331との境界(シール部)およびシール部材34は、送電コイルユニット21の送電コイル22よりも下方に位置することになる。そして、ベース側筒状部311とカバー側筒状部331とは、シール部材34よりも外側で複数のボルト(図2における一点鎖線参照)を介して互いに締結される。これにより、筐体30は、ベース部材31に形成されたベース側筒状部311と、送電コイル22の中央部を通るようにカバー33からベース部材31に向けて延出されたカバー側筒状部331とにより構成される筒状部301を有することになる。
In the present embodiment, a series (annular) seal grooves are formed on the front end surface of the base side
上述のように構成される送電装置20は、ベース部材31の底面(外周部やベース側筒状部311の周辺)に固定される複数の台座35を介して車両の停車スペースの設置面Siに配置される。これにより、ベース部材31(筐体30)の底面(下面)と設置面Siとの間には、図2に示すように隙間Gが形成され、上下両端が開放された筐体30の筒状部301の内部空間は、当該隙間Gと連通する。従って、隙間Gや筒状部301内には、空気(外気)が存在することになる。そして、図1および図2に示すように、車両100に搭載された受電装置10の受電コイルユニット11と送電装置20の送電コイルユニット21とが正対する状態で電力機器25から送電コイル22に電力が供給されると、受電装置10(受電コイルユニット11)には、筐体30の樹脂製のカバー33(平板部330)を介して、送電コイル22から電磁誘導により非接触で電力が供給される。
The
送電装置20から受電装置10への送電に際し、送電コイルユニット21の送電コイル22や電力機器25はそれぞれ熱を発生するが、筐体30の筒状部301(ベース側筒状部311およびカバー側筒状部331)の内部空間は比較的狭い空間であることから、当該筒状部301内の空気は主に送電コイル22からの熱により速やかに昇温する。すなわち、送電装置20では、筒状部301内の空気が筐体30内の送電コイル22の熱を奪って昇温することで、当該筒状部301内に上方へと向かう空気の流れが形成される(図2における点線参照)。更に、このような空気の流れの形成に伴い、筐体30(ベース部材31)の底面と設置面Siとの間の隙間Gには、当該隙間Gに流れ込んで筒状部301内へと向かう空気の流れ(対流)が形成される(図2における点線参照)。また、送電装置20では、筒状部301(ベース側筒状部311)の下端部が上端から下端に向かうにつれて通路断面積が大きくなるように形成されているので、隙間G内から筒状部301内への空気の流入を促進させることができる。
During power transmission from the
この結果、筐体30すなわちベース部材31の底面と設置面Siとの間の隙間Gを流通する空気により主に電力機器25の熱を奪うと共に、筒状部301内を流通する空気により主に送電コイル22の熱を奪うことが可能となる。従って、送電装置20では、車両100の受電装置10への送電に際し、ファン等を用いた強制冷却を行うことなく、筐体30内の送電コイル22(送電コイルユニット21)と電力機器25との双方を極めて良好に冷却することができる。
As a result, mainly the heat of the
また、送電装置20では、送電コイル22の中央部に筐体30の筒状部301が挿通されるが、送電コイル22の中央部に樹脂性のカバー側筒状部331を配置することで、送電コイル22により形成される磁界への影響を低減化することができる。更に、送電装置20の筐体30に筒状部301を設けることで、送電装置20全体の軽量化を図りつつ、上方からの荷重に対する強度を向上させることも可能となる。また、送電装置20では、電力機器25が何れも金属製のベース部材31および区画部材32により画成される空間内に配置されることから、送電コイル22により形成される磁界による電力機器25への影響を低減化すると共に、当該磁界により生じる渦電流に起因した電力機器25の昇温を抑制することができる。更に、電力機器25を金属製のベース部材31および区画部材32により画成される空間内に配置することで、当該電力機器25で発生するノイズが筐体30の外部に漏洩するのを良好に抑制することも可能となる。
Further, in the
以上説明したように、受電装置10と共に給電システム1を構成する送電装置20は、渦巻き状の送電コイル22を含む送電コイルユニット21を収容する筐体30を有し、筐体30は、底面と設置面Siとの間に隙間Gが形成されるように当該設置面Siに配置される。更に、筐体30は、その底面と設置面Siとの間の隙間Gと連通する内部空間を有すると共に送電コイル22の中央部を通るように形成された筒状部301を含む。これにより、送電装置20では、筒状部301内の空気が筐体30内の送電コイル22の熱を奪って昇温することで、当該筒状部301内に上方へと向かう空気の流れが形成され、それに伴い、筐体30の底面と設置面Siとの間の隙間Gに当該隙間Gに流れ込んで筒状部301内へと向かう空気の流れ(対流)が形成される。この結果、筐体30の底面と設置面Siとの間の隙間Gおよび筒状部301内を流通する空気により筐体30内の送電コイル22および電力機器25の熱を良好に奪うことができるので、強制冷却を行うことなく筐体30内の送電コイル22や電力機器25を極めて良好に冷却することが可能となる。
As described above, the
なお、上記実施形態において、筒状部301(ベース側筒状部311)の下端部の内周面は、上端から下端に向かうにつれて通路断面積が大きくなるように形成されるが、これに限られるものではない。すなわち、図4に示す非接触式送電装置20Bのように、筐体30Bの筒状部301B、すなわちベース部材31Bのベース側筒状部311Bの内周面は、上記テーパ面311tを含むことなく軸心と平行に延在するように形成されてもよい。そして、図4に示すように、筒状部301B、すなわちベース側筒状部311Bを下方すなわちカバー33とは反対側に延出して上述の台座35として機能させてもよい。これにより、送電装置20B全体の軽量化を図りつつ、上方からの荷重に対する強度をより一層向上させることができる。この場合、ベース側筒状部311Bの延出部には、空気を流通させるための切欠き(孔)311cを複数形成するとよい。
In the above embodiment, the inner peripheral surface of the lower end portion of the cylindrical portion 301 (base side cylindrical portion 311) is formed so that the cross-sectional area of the passage increases from the upper end toward the lower end. It is not something that can be done. That is, as in the non-contact
また、上記送電装置20,20Bの筐体30,30Bは、何れも渦巻き状の送電コイル22を含む送電コイルユニット21に加えて電力機器25を収容するものであるが、これに限られるものではない。すなわち、送電コイルユニット21を収容する筐体と、電力機器25を収容する筐体とを別体化し、送電コイルユニット21を収容する筐体を上述の筐体30,30Bと同様に構成してもよい。この場合、区画部材32は省略されてもよく、筒状部301等は、カバー33のカバー側筒状部331のみにより構成されてもよい。
Further, the
更に、上記送電装置20,20Bでは、送電コイルユニット21が電力機器25の一部の上方に位置するように筐体30,30B内に配置されるが、これに限られるものではない。すなわち、電力機器25は、送電コイルユニット21を囲むように筐体30,30B内の送電コイルユニット21の周囲に配置されてもよい。この場合も、筐体30等の筒状部301等は、カバー33のカバー側筒状部331のみにより構成されてもよい。
Further, in the
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な変更をなし得ることはいうまでもない。 Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. .
本発明は、非接触式送電装置の製造産業等において利用可能である。 The present invention can be used in the manufacturing industry of non-contact power transmission devices.
1 給電システム、10 受電装置、11 受電コイルユニット、20,20B 非接触式送電装置、21 送電コイルユニット、22 送電コイル、23 フェライトコア、24 交流電源、25 電力機器、30,30B 筐体、31,31B ベース部材、32 区画部材、33 カバー、34 シール部材、35 台座、100 車両、301,301B 筒状部、310 底板部、311,311B ベース側筒状部、311c 切欠き、311t テーパ面、320 天板部、321 側壁部、322 コイル支持凹部、322h 開口、330 平板部、331 カバー側筒状部、G 隙間、Si 設置面。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記電力機器が載置されるベース部材と、前記送電コイルを覆うカバーとを含み、前記送電コイルおよび前記電力機器を収容すると共に、前記ベース部材の底面と設置面との間に隙間が形成されるように前記設置面に配置される筐体を備え、
前記筐体は、前記ベース部材側で開放されて前記隙間と連通すると共に前記送電コイルの中央部を通って前記カバー側で開放される内部空間を形成する筒状部を更に含むことを特徴とする非接触式送電装置。
A non-contact power transmission device including a spiral power transmission coil and a power device connected to an external power source and supplying power to the power transmission coil,
The power supply device includes a base member on which the power device is placed and a cover that covers the power transmission coil. The power supply coil and the power device are accommodated, and a gap is formed between the bottom surface and the installation surface of the base member. A housing arranged on the installation surface so that
Wherein the housing, further comprising a tubular portion which forms an internal space that is open at the central portion the cover side I through the said transmitting coil communicates with the said gap is open in the base member side A non-contact power transmission device.
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