JP6302365B2 - 非接触給電用のコイル装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気自動車などの移動体側に固定体側から非接触で給電する非接触給電装置の給電側ユニットや受電側ユニットに使用される非接触給電用のコイル装置に関する。

電気自動車などの移動体側に搭載した充電池に、固定体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。

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５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、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、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６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６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５及び図６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９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、本出願人は、本発明に先行して、給電側ユニットの筐体内部に収容されるコイル装置を発明している。図８（ａ）は、本出願人が先行して発明した給電側ユニットの筐体内部に収容されるコイル装置の斜視図、図８（ｂ）はそのコイル線の巻回部分を拡大して示す側面図である。

図８（ａ）に示すように、このコイル装置７１０は、射出成形した樹脂製のボビン７１３を、図示しないフェライトコアを覆うように設け、ボビン７１３の外周に、断面円形のコイル線７１２を巻回したものである。コイル線７１２は、ボビン７１３の外表面に沿って形成した巻回ガイド溝７１３ａに沿って巻回している。

図８に示した上述のコイル装置７１０では、射出成形した樹脂製のボビン７１３の上からコイル線７１２を巻回しているので、フェライトコアを極力薄型化してコイル装置７１０全体の薄型化を図っても、射出成形する上で必要なボビン７１３の肉厚相当分だけ、コイル装置７１０が厚くなってしまうという問題がある。

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、より薄型化を図ることの可能な非接触給電用のコイル装置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用のコイル装置は、下記（１）〜（３）を特徴としている。
（１） 平板状のフェライトコアと、
前記フェライトコアの外周に巻回されるコイル線と、
前記フェライトコアの上面と下面に張り付けられる、前記コイル線を巻回する経路を定める巻回ガイドが成形されたフィルム状の絶縁シートと、
絶縁性を有する、半円筒状の湾曲ガイド部材と、
を備え、
前記湾曲ガイド部材は、前記コイル線の軸線方向に交差する方向に位置する前記フェライトコアの両側面に、半円筒外周面を外に向け該半円筒外周面に対向する平坦面を該側面に密着するように配置され、
前記コイル線が、前記絶縁シート及び前記湾曲ガイド部材の上から前記巻回ガイドに沿って巻回されたことを特徴とする非接触給電用のコイル装置。
（２） 前記湾曲ガイド部材の前記半円筒外周面には、前記巻回ガイドに対応した巻回ガイドが形成されている、
ことを特徴とする上記（１）に記載の非接触給電用のコイル装置。
（３） 前記絶縁シート及び前記湾曲ガイド部材の一方または両方は、接着層を有した両面テープを使用して前記フェライトコアの外周面に貼り付けられた、
ことを特徴とする上記（１）から（２）のいずれか１項に記載の非接触給電用のコイル装置。

上記（１）の構成のコイル装置によれば、コイル線を絶縁保持しながら巻き付けるボビンを廃止し、フィルム状の絶縁シート及び湾曲ガイド部材をボビンの代わりに用いている。これにより、ボビンの肉厚相当に近いコイル装置全体の薄型化を図ることができる。また、帯板状のコイル線を巻き付けることによっても、コイル装置の薄型化に貢献することができる。
更に、上記（１）の構成のコイル装置によれば、フェライトコアの角部で曲がりが直角に近く急になって、振動等の影響に伴いコイル線を傷めるおそれがあるが、湾曲ガイド部材を使用することによって、コイル線の曲がりを円弧状にすることができ、コイル線に対するダメージを低減することができる。また、絶縁シートをボビンの代わりに用いて絶縁を確保するものの、絶縁シートに、シート成形によって巻回ガイドを形成してあるので、コイル線の巻き付けピッチ管理を容易に行うことができて巻き付け作業性の向上が図れる。
上記（２）の構成のコイル装置によれば、湾曲ガイド部材の半円筒外周面にも、絶縁シートの巻回ガイドに対応した巻回ガイド、具体的には、絶縁シートの巻回ガイドとピッチ間隔が同一の巻回ガイド、を形成してあるので、フェライトコアの矩形断面の短辺に相当する短い距離の部分であっても、コイル線を乱れなく精度良く巻き付けることができ、巻き付け品質を向上させることができる。
上記（３）の構成のコイル装置によれば、両面テープで絶縁シート及び湾曲ガイド部材をフェライトコアに貼り付けた状態でコイル線を巻き付けることができるので、絶縁シートや湾曲ガイド部材が位置ずれすることがなく、容易にコイル線を巻き付けることができる。

本発明によれば、コイル線を絶縁保持しながら巻き付けるボビンを廃止し、フィルム状の絶縁シート及び湾曲ガイド部材をボビンの代わりに用いることにより、ボビンの肉厚相当に近いコイル装置全体の薄型化を図ることができる。また、帯板状のコイル線を巻き付けることによっても、コイル装置の薄型化に貢献することができる。

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（ａ）は本発明の実施形態のコイル装置の斜視図、図１（ｂ）は同コイル装置の側縁部の断面図である。 図２は、前記コイル装置を軸線方向に沿った垂直な面で切断した部分拡大断面図である。 図３（ａ）及び図３（ｂ）は、前記コイル装置に使用する絶縁シートを示す図で、図３（ａ）は絶縁シートの外観斜視図、図３（ｂ）は巻回ガイドの形状が分かるように拡大した絶縁シートの部分横断面図である。 図４は、前記コイル装置に使用する湾曲ガイド部材の斜視図である。 図５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６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７は、従来の受電側ユニットの一例を示す断面図である。 図８（ａ）は、本出願人が先行して発明した給電側ユニットの筐体内部に収容されるコイル装置の斜視図、図８（ｂ）は、そのコイル線の巻回部分を拡大して示す側面図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１（ａ）は本発明の実施形態のコイル装置の斜視図、図１（ｂ）は同コイル装置の側縁部の断面図である。

図１（ａ）に示すコイル装置１０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ユニットから非接触で給電される受電側ユニットまたは給電側ユニットの筐体内部に収容されて使用されるコイル装置である。

このコイル装置１０は、図１（ａ）に示すように、フェライトコア１１の外周に、ボビンに替わる部材（後述する絶縁シート１２及び湾曲ガイド部材１３）を介してコイル線１４を巻回したものである。

フェライトコア１１は、コイル線１４の軸線方向から見た断面が、長辺１１ａと短辺１１ｂを有する矩形状をなし、長辺１１ａの位置する上下方向から見た平面視形状が矩形をなし、長辺１１ａの長さに比べて短辺１１ｂの長さが極めて小さく設定されることで薄型平板状をなしている。コイル線１４は、フェライトコア１１の長辺１１ａと短辺１１ｂを有する矩形断面の外周に巻回してある。

詳しくは、図１（ａ）、（ｂ）及び図２（ａ）に示すように、矩形断面の長辺１１ａに相当するフェライトコア１１の上面と下面に、コイル線１４を巻回する経路を定める巻回ガイド１２ｂをシート成形により突出形成した図２（ｂ）に示すフィルム状の絶縁シート１２を、両面テープ（図示省略）を用いて貼り付けてある。なお、両面テープは、シート状の薄い基材の両面に接着層を形成した公知のものである。両面テープの代わりに接着剤を用いることもできる。

また、矩形断面の短辺１１ｂに相当するフェライトコア１１の両側面（コイル線１４の軸線方向に交差する方向に位置するフェライトコア１１の両側面）に、図４に示すように、該両側面の長手方向に沿って延びる棒状をなし、且つ、コイル線１４を巻回する際にコイル線１４の曲がりを緩やかにするための絶縁性を有する断面半円形の湾曲ガイド部材１３を、半円筒外周面を外に向け該半円筒外周面に対向する平坦面を両側面に密着させて両面テープを用いて貼り付けてある。なお、各湾曲ガイド部材１３の半円筒外周面には、絶縁シート１２の巻回ガイド１２ｂに対応した巻回ガイド１３ａが形成されている。

そして、絶縁シート１２及び湾曲ガイド部材１３の上から、帯板状のコイル線１４を巻き付けることで、コイル装置１０を構成している。コイル線１４の巻き付けに当たっては、帯板状のコイル線１４の広幅面を、絶縁シート１２の巻回ガイド１２ｂ間の溝底面（巻回ガイド１２ｂをシート成形により突出形成する前のシートの表面に相当）１２ａや湾曲ガイド部材１３の巻回ガイド１３ａ間の溝底面に密着させながら、巻き付けてある。

このように構成したコイル装置１０によれば、コイル線１４を絶縁保持しながら巻き付けるボビンを廃止し、フィルム状の絶縁シート１２及び湾曲ガイド部材１３をボビンの代わりに用いることにより、ボビンの肉厚相当に近いコイル装置１０全体の薄型化を図ることができる。また、帯板状のコイル線１４を巻き付けることによっても、コイル装置１０の薄型化に貢献することができる。

また、断面円形のコイル線１４を巻回する場合と違い、帯板状のコイル線１４を巻き付ける場合は、フェライトコア１１の角部（長辺１１ａと短辺１１ｂが交わる角部）で曲がりが直角に近く急になって、振動等の影響に伴いコイル線１４を傷めるおそれがあるが、湾曲ガイド部材１３を使用することによって、コイル線１４の曲がりを円弧状〔図１（ｂ）において符号１４Ｒで示す部分〕にすることができ、コイル線１４に対するダメージを低減することができる。

また、絶縁シート１２をボビンの代わりに用いて絶縁を確保するものの、絶縁シート１２に、シート成形によって巻回ガイド１２ｂを形成してあるので、コイル線１４の巻き付けピッチ管理を容易に行うことができて巻き付け作業性の向上が図れる。

また、断面半円形の湾曲ガイド部材１３の半円筒外周面にも、絶縁シート１２の巻回ガイド１２ｂに対応した巻回ガイド１３ａ、具体的には絶縁シート１２の巻回ガイド１２ｂとピッチ間隔が同一の巻回ガイド１３ａを形成してあるので、フェライトコア１１の矩形断面の短辺１１ｂに相当する短い距離の部分であっても、コイル線１４を乱れなく精度良く巻き付けることができ、巻き付け品質を向上させることができる。

また、両面テープで絶縁シート１２及び湾曲ガイド部材１３をフェライトコア１１に貼り付けた状態でコイル線１４を巻き付けているので、絶縁シート１２や湾曲ガイド部材１３が位置ずれすることがなく、容易にコイル線１４を巻き付けることができる。

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用のコイル装置の実施形態の特徴をそれぞれ以下（１）〜（４）に簡潔に纏めて列記する。
（１） 平板状のフェライトコア（１１）と、
前記フェライトコアの外周に巻回されるコイル線（１４）と、
前記フェライトコアの上面と下面に張り付けられる、前記コイル線を巻回する経路を定める巻回ガイド（１２ｂ）が成形されたフィルム状の絶縁シート（１２）と、
を備え、
前記コイル線が、前記絶縁シートの上から前記巻回ガイドに沿って巻回されたことを特徴とする非接触給電用のコイル装置。
（２） 絶縁性を有する、半円筒状の湾曲ガイド部材（１３）をさらに備え、
前記湾曲ガイド部材は、前記コイル線の軸線方向に交差する方向に位置する前記フェライトコアの両側面に、半円筒外周面を外に向け該半円筒外周面に対向する平坦面を該側面に密着するように配置され、
前記コイル線が、前記絶縁シート及び前記湾曲ガイド部材の上から前記巻回ガイドに沿って巻回されたことを特徴とする上記（１）に記載の非接触給電用のコイル装置。
（３） 前記湾曲ガイド部材の前記半円筒外周面には、前記巻回ガイドに対応した巻回ガイド（１３ａ）が形成されている、
ことを特徴とする上記（２）に記載の非接触給電用のコイル装置。
（４） 前記絶縁シート及び前記湾曲ガイド部材の一方または両方は、接着層を有した両面テープを使用して前記フェライトコアの外周面に貼り付けられた、
ことを特徴とする上記（２）から（３）のいずれか１項に記載の非接触給電用のコイル装置。

１０ コイル装置
１１ フェライトコア
１１ａ 長辺
１１ｂ 短辺
１２ 絶縁シート
１２ｂ 巻回ガイド
１３ 湾曲ガイド部材
１３ａ 巻回ガイド
１４ 帯板状のコイル線

Claims (3)

1. 平板状のフェライトコアと、
   前記フェライトコアの外周に巻回されるコイル線と、
   前記フェライトコアの上面と下面に張り付けられる、前記コイル線を巻回する経路を定める巻回ガイドが成形されたフィルム状の絶縁シートと、
   絶縁性を有する、半円筒状の湾曲ガイド部材と、
   を備え、
   前記湾曲ガイド部材は、前記コイル線の軸線方向に交差する方向に位置する前記フェライトコアの両側面に、半円筒外周面を外に向け該半円筒外周面に対向する平坦面を該側面に密着するように配置され、
   前記コイル線が、前記絶縁シート及び前記湾曲ガイド部材の上から前記巻回ガイドに沿って巻回されたことを特徴とする非接触給電用のコイル装置。
2. 前記湾曲ガイド部材の前記半円筒外周面には、前記巻回ガイドに対応した巻回ガイドが形成されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の非接触給電用のコイル装置。
3. 前記絶縁シート及び前記湾曲ガイド部材の一方または両方は、接着層を有した両面テープを使用して前記フェライトコアの外周面に貼り付けられた、
   ことを特徴とする請求項１から２のいずれか１項に記載の非接触給電用のコイル装置。

Images