JP6394123B2 - コイルユニット - Google Patents

Description

本発明は、非接触充電システムを用いた電力伝送システムにおいて、非接触で電力を受電装置に送電する送電装置に用いられるコイルユニット、および、非接触で電力を送電装置から受電する受電装置に用いられるコイルユニットに関する。

特許文献１〜５に開示されているように、非接触で電力を送受電する送電装置および受電装置を用いる非接触充電システムが知られている。非接触充電システムでは、コンデンサとコイルとにより共振回路が形成される。コンデンサとしては、セラミックコンデンサを採用することが考えられる。セラミックコンデンサを採用した場合には、微小のセラミックコンデンサを複数個、アレイ状に配置する。たとえば、数十のセラミックコンデンサを基板上に形成された配線を用いて直列に接続し、直列接続されたセラミックコンデンサの列を複数並列に接続して、共振回路の容量が構成されている。

特許文献６および７には、ＩＣタグの共振回路において、コンデンサにセラミックコンデンサを採用した構成が開示されている。

特開２０１３−１５４８１５号公報 特開２０１３−１４６１５４号公報 特開２０１３−１４６１４８号公報 特開２０１３−１１０８２２号公報 特開２０１３−１２６３２７号公報 特開２０１２−２０９７４９号公報 特開２０１２−２１５９５３号公報

非接触充電システムにおいては、電力伝送時の電磁界によって、セラミックコンデンサを接続する配線に渦電流が生じ、配線およびセラミックコンデンサが高温になることが懸念される。そこで、セラミックコンデンサの温度を測定するために温度センサを設けるが考えられる。しかし、電力伝送時には、セラミックコンデンサには、大電流が流れるため、温度センサを直接セラミックコンデンサに取り付けることは困難である。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、温度センサを直接セラミックコンデンサに取り付けることなく、セラミックコンデンサの温度を検知することが可能な構成を備えるコイルユニットを提供することを目的とする。

このコイルユニットにおいては、非接触の電力伝送システムに用いられるコイルユニットであって、コイルと、配線によって接続された複数のセラミックコンデンサを含む共振用コンデンサと、上記コイルおよび上記共振用コンデンサには電気的に接続されないとともに電力伝送時に渦電流が発生するダミー配線と、上記ダミー配線の温度を測定する温度測定手段とを備える。

この構成により、共振用コンデンサに用いられる配線は、電力伝送時に配線に生じる渦電流により温度上昇するが、ダミー配線も同様に温度上昇することから、ダミー配線の温度上昇を温度測定手段により測定することが可能となる。

このコイルユニットによれば、温度センサを直接セラミックコンデンサに取り付けることなく、セラミックコンデンサの温度を検知することが可能な構成を備えるコイルユニットの提供を可能とする。

実施の形態における電力伝送システムを示す図である。 実施の形態における受電コイルユニットおよび送電コイルユニットの概略構成を示す断面図である。 コイルユニットに採用される共振用コンデンサの構成を示す図である。

本発明に基づいた一例における実施の形態について、以下、図面を参照しながら説明する。以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。実施の形態における構成を適宜組み合わせて用いることは当初から予定されていることである。図においては、実際の寸法比率では記載しておらず、構造の理解を容易にするために、一部比率を異ならせて記載している。以下の説明において車両の前進および後進方向を前後方向と称し、図中では矢印Ｆで示す。

図１を参照して、実施の形態における電力伝送システム１０００について説明する。図１は、電力伝送システム１０００の全体構成を模式的に示す図である。電力伝送システム１０００は、電動車両１００（車両）および外部給電装置３００を備える。

（電動車両１００）
図１を参照して、電動車両１００は、車両本体１１０および受電コイルユニット２００を備える。車両本体１１０には、車両ＥＣＵ１２０（制御部）、整流器１３０、ＤＣ／ＤＣコンバータ（以下、単に「コンバータ」と称する。）１４０、バッテリ１５０、パワーコントロールユニット（以下、単に「ＰＣＵ」と称する。）１６０、モータユニット１７０、および通信部１８０などが設けられる。受電コイルユニット２００は、受電コイル２５０を有し、車両本体１１０の底面に配置される。

外部給電装置３００は送電コイルユニット４００を含み、送電コイルユニット４００は送電コイル４５０を有している。受電コイルユニット２００の受電コイル２５０が送電コイルユニット４００の送電コイル４５０に対向した状態で、受電コイルユニット２００は送電コイルユニット４００から電力を非接触で受電する。受電コイルユニット２００は、受電部２１０と、受電部２１０に接続された共振用コンデンサ２２０と、後述のシールドとを有する。受電部２１０は、ソレノイド型のフェライトコア２６０と受電コイル２５０とを有する。

なお、図示では、受電コイル２５０としてフェライトコア２６０に巻回されるタイプのコイルを示しているが、フェライトコア２６０の送電コイルユニット４００側に配置される渦巻き型のコイルであってもよい。

受電コイル２５０は、浮遊容量を有し、整流器１３０に接続されている。受電コイル２５０の誘導係数と、受電コイル２５０の浮遊容量および共振用コンデンサ２２０の電気容量とによって、電気回路が形成される。共振用コンデンサ２２０および受電コイル２５０は、直列に接続されるが、これらは並列に接続されていてもよい。

電力伝送システム１０００において、車両本体１１０が停止しているときに給電ボタンがオン状態に設定されたことを車両ＥＣＵ１２０が検出した場合、車両の動作モードは充電モードに切り替えられる。車両ＥＣＵ１２０は、通信部１８０を介して、外部給電装置３００によるバッテリ１５０の充電制御の実行を指示する。

（外部給電装置３００）
外部給電装置３００は、送電コイルユニット４００、高周波電力装置３１０、送電ＥＣＵ３２０、および通信部３２２を含む。高周波電力装置３１０は、交流電源３３０に接続される。交流電源３３０は、商用電源または独立電源装置等である。送電コイルユニット４００は、駐車スペース内に設けられ、高周波電力装置３１０に接続される。送電ＥＣＵ３２０は、高周波電力装置３１０などの駆動を制御する。

通信部３２２は、外部給電装置３００と電動車両１００との間で無線通信を行なうための通信インターフェースである。通信部３２２は、電動車両１００の通信部１８０から送信されるバッテリ情報、送電の開始、継続、および停止を指示する信号、ならびに、送電電力の増加若しくは減少を指示する信号などを受信し、これらの情報を送電ＥＣＵ３２０へ出力する。

送電コイルユニット４００は、送電部４１０と、送電部４１０に接続された共振用コンデンサ４２０と、後述のシールドとを有する。送電部４１０は、ソレノイド型のフェライトコア４４０と送電コイル４５０とを有する。

なお、図示では、送電コイル４５０としてフェライトコア４６０に巻回されるタイプのコイルを示しているが、フェライトコア４６０の受電コイルユニット２００側に配置される渦巻き型のコイルであってもよい。

送電コイル４５０は、浮遊容量を有し、高周波電力装置３１０に接続されている。送電コイル４５０の誘導係数と、送電コイル４５０の浮遊容量および共振用コンデンサ４２０の電気容量とによって、電気回路が形成される。共振用コンデンサ４２０および送電コイル４５０は、直列に接続されるが、これらは並列に接続されていてもよい。

高周波電力装置３１０は、交流電源３３０から受ける電力を高周波の電力に変換し、変換した高周波電力を送電コイル４５０へ供給する。送電コイル４５０は、受電部２１０の受電コイル２５０へ、電磁誘導により非接触で電力を送電する。

このように送電コイルユニット４００において、高周波電力装置３１０は、交流電源３３０から受ける電力を高周波の電力に変換し、変換した高周波電力を送電コイル４５０へ供給する。送電部４１０および受電部２１０の各々は、コイル（４５０，２５０）と共振用コンデンサ（４２０，２２０）とを含み、伝送周波数において共振するように設計されている。送電部４１０および受電部２１０の共振強度を示すＱ値は、１００以上であることが好ましい。

（受電コイルユニット２００および送電コイルユニット４００の構造）
図２を参照して、受電コイルユニット２００および送電コイルユニット４００の構造について説明する。図２は、実施の形態における受電コイルユニット２００および送電コイルユニット４００の概略構成を示す断面図である。

受電コイルユニット２００は、車両本体１１０に対して車両シールド２７０を介して、受電部２１０が配置されている。受電部２１０の周囲には、共振用コンデンサ２２０が配置されている。受電部２１０および共振用コンデンサ２２０は、樹脂製のカバー２８０に覆われている。送電コイルユニット４００は、ケース４７０内に送電部４１０が配置されている。送電部４１０の周囲には、共振用コンデンサ４２０が配置されている。

上記構成において、送電コイル４５０と受電コイル２５０との間には磁路Ｍが形成され、電磁誘導により送電コイルユニット４００から受電コイルユニット２００に非接触で電力が送電される。

図３を参照して、受電コイルユニット２００に用いられる共振用コンデンサ２２０の構成について説明する。なお、送電コイルユニット４００に用いられる共振用コンデンサ４２０の構成は、共振用コンデンサ２２０と同じであることから、ここでは、共振用コンデンサ２２０の構成についてのみ説明する。

この共振用コンデンサ２２０は、配線基板２２１を有し、この配線基板２２１上に、パターン配線Ｐ１，Ｐ２が形成されている。パターン配線Ｐ１，Ｐ２は、金属材料で形成され、本実施の形態では、銅箔のパターン配線が形成されている。

パターン配線Ｐ１，Ｐ２上には、複数の微小のセラミックコンデンサＣ１がアレイ状に配置されている。本実施の形態では、複数の微小のセラミックコンデンサＣ１は、パターン配線Ｐ１により直列接続され、同様にパターン配線Ｐ２においても直列接続されている。パターン配線Ｐ１の接続された複数のセラミックコンデンサＣ１、および、パターン配線Ｐ２の接続された複数のセラミックコンデンサＣ２により、共振回路の共振用コンデンサが構成されている。なお、パターン配線の数量は、共振回路の容量に応じて適宜設定される。

さらに、配線基板２２１の周縁の領域に、ダミー配線２２５が形成されている。このダミー配線２２５は、パターン配線Ｐ１，Ｐ２と同時に形成され銅箔が用いられている。このダミー配線２２５は、パターン配線Ｐ１，Ｐ２とは電気的には接続されていない。ダミー配線２２５の上には、ダミー配線２２５の温度の変化を測定する温度測定手段として温度センサ２２６が配置されている。

このような構成を採用することで、電力伝送時の電磁界によって、セラミックコンデンサＣ１を接続するパターン配線Ｐ１，Ｐ２に渦電流が生じ、パターン配線Ｐ１，Ｐ２の温度が上昇する。その結果、セラミックコンデンサＣ１の温度も上昇する。同時に、ダミー配線２２５にも渦電流が生じ、ダミー配線２２５の温度も上昇する。ダミー配線２２５に温度センサ２２６を配置しておくことで、ダミー配線２２５の温度上昇が測定される。その結果、ダミー配線２２５の温度上昇を介して、セラミックコンデンサＣ１の温度上昇を検知することが可能となる。

このように、電力伝送時には、セラミックコンデンサＣ１には、大電流が流れるため、温度センサ２２６を直接セラミックコンデンサＣ１に取り付けることは困難であるが、配線Ｐ１と同様に温度上昇するダミー配線２２５の温度上昇に基づき、セラミックコンデンサＣ１の温度上昇を検知することが可能となる。

なお、本実施の形態では、パターン配線Ｐ１，Ｐ２とダミー配線２２５とに製造上の観点、および、渦電流による同じ温度上昇の観点から、同一の銅箔を用いる場合について説明したが、必ずしも同一の材料に限定されない。近似する温度上昇特性を有する材料であれば、パターン配線Ｐ１，Ｐ２とダミー配線２２５とに異なる材料を用いてもよい。

また、パターン配線Ｐ１，Ｐ２とダミー配線２２５とは同じ基板２２１上に設ける構成を図示しているが、パターン配線Ｐ１，Ｐ２の温度上昇と同様の温度上昇を観測することができれれば、パターン配線Ｐ１，Ｐ２とダミー配線２２５とは異なる基板上に設けられていてもよい。

以上、各実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１００ 電動車両、１１０ 車両本体、１２０ 車両ＥＣＵ、１３０ 整流器、１４０ ＤＣ／ＤＣコンバータ、１５０ バッテリ、１６０ パワーコントロールユニット（ＰＣＵ）、１７０ モータユニット、１８０，３２２ 通信部、２００ 受電コイルユニット、２１０ 受電部、２２０，４２０ コンデンサ、２２５ ダミー配線、２２６ 温度センサ、２６０，４６０ フェライトコア、２５０ 受電コイル、３００ 外部給電装置、３１０ 高周波電力装置、３２０ 送電ＥＣＵ、３３０ 交流電源、４００ 送電コイルユニット、４５０ 送電コイル、１０００ 電力伝送システム、Ｃ１ セラミックコンデンサ、Ｐ１，Ｐ２ パターン配線。

Claims (1)

1. 非接触の電力伝送システムに用いられるコイルユニットであって、
   コイルと、
   配線によって接続された複数のセラミックコンデンサを含む共振用コンデンサと、
   前記コイルおよび前記共振用コンデンサには電気的に接続されないとともに電力伝送時に渦電流が発生するダミー配線と、
   前記ダミー配線の温度を測定する温度測定手段と、
   を備える、コイルユニット。

Images