JP6405903B2

JP6405903B2 - コイルユニット

Info

Publication number: JP6405903B2
Application number: JP2014225076A
Authority: JP
Inventors: 浩章湯浅
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-11-05
Filing date: 2014-11-05
Publication date: 2018-10-17
Anticipated expiration: 2034-11-05
Also published as: JP2016092214A

Description

本発明は、電力を送電または受電するコイルと、当該コイルに電気的に接続される電力機器とを含むコイルユニットに関する。

従来、コイルユニットとして、それぞれ導電部材を巻回することにより構成された電力伝送用コイルおよび通信用コイルを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このコイルユニットの電力伝送用コイルは、通信用コイルの巻回軸と当該巻回軸に対して直交する直交軸とを対角線とする矩形状かつ平面状に導電材を巻回することにより構成され、通信用コイルの周囲に設けられる。これにより、このコイルユニットでは、電力伝送用コイルと通信用コイルとの間における電磁結合による相互干渉を抑制して、電力伝送と無線通信とを同時に実行することができる。

特開２０１４−０４９４７９号公報

しかしながら、上記従来のコイルユニットのように通信用コイルが電力伝送用コイルにより包囲される場合、電力伝送用コイルで発生する磁束による渦電流が流れることで通信用コイルが昇温してしまうおそれがある。一方、磁束を遮蔽するシールド部材で通信用コイルを覆えば、当該通信用コイルの昇温を抑制することができるが、通信用コイルを介した無線通信が不能になってしまう。また、上述のようなコイルユニットの筐体の内部に、電力伝送用コイルに電気的に接続される例えばインバータや整流器といった電力機器を当該電力伝送用コイルや通信用コイルと共に収容することが考えられるが、この場合には、通信用コイルのみならず、電力機器の渦電流による昇温をも抑制することが必要となる。

そこで、本発明は、コイル、当該コイルに電気的に接続される電力機器および通信アンテナを１体の筐体内に収容してコイルユニット全体をコンパクト化しつつ、通信アンテナを介して外部機器と良好に無線通信可能とし、かつ通信アンテナや電力機器の昇温を抑制することを主目的とする。

本発明によるコイルユニットは、電力を送電または受電するコイルと、前記コイルに電気的に接続される電力機器と、外部機器との無線通信に供される通信アンテナとを含むコイルユニットにおいて、前記コイルが収容される第１収容部と、前記第１収容部と前記コイルの巻回軸と交差する方向に並ぶように区画されると共に前記電力機器が収容される第２収容部とを有する筐体と、前記第１および第２収容部を覆うように前記筐体に取り付けられる樹脂製の蓋体と、前記第２収容部内の前記電力機器を覆うように前記筐体と前記蓋体との間に配置されるシールド部材とを備え、前記シールド部材は、前記蓋体側から前記筐体の底部側に向けて凹むように形成された凹部を有し、前記通信アンテナは、前記シールド部材の前記凹部内に配置されることを特徴とする。

このコイルユニットは、電力を送電または受電するコイルと、コイルに電気的に接続される電力機器と、外部機器との無線通信に供される通信アンテナと、コイル、電力機器および通信アンテナを収容する筐体と、樹脂製の蓋体と、シールド部材とを含む。筐体は、コイルが収容される第１収容部と、第１収容部とコイルの巻回軸と交差する方向に並ぶように区画されると共に電力機器が収容される第２収容部とを有する。また、蓋体は、第１および第２収容部を覆うように筐体に取り付けられ、シールド部材は、第２収容部内の電力機器を覆うように筐体と蓋体との間に配置される。更に、シールド部材は、蓋体側から筐体の底部側に向けて凹むように形成された凹部を有し、通信アンテナは、シールド部材の凹部内に配置される。

これにより、電力機器および通信アンテナは、第１収容部とコイルの巻回軸と交差する方向に並ぶように区画される第２収容部内に配置される。そして、第２収容部内の電力機器は、シールド部材により覆われ、シールド部材の凹部内に配置された通信アンテナは、樹脂製の蓋体により覆われる。従って、通信アンテナからの電磁波が樹脂製の蓋体によって遮断されてしまうことはなく、通信アンテナを介して外部機器と良好に無線通信することが可能となる。また、電力機器および通信アンテナをコイルから巻回軸と交差する方向に離間させることにより両者に対するコイルからの磁束の流入を抑制すると共に、シールド部材によって電力機器に磁束が流入するのを極めて良好に抑制することができる。従って、このコイルユニットでは、送電コイルからの磁束による渦電流が流れることで通信アンテナおよび電力機器が昇温するのを良好に抑制することが可能となる。この結果、コイル、当該コイルに電気的に接続される電力機器および通信アンテナを１体の筐体内に収容してコイルユニット全体をコンパクト化しつつ、通信アンテナを介した無線通信を可能とし、かつ通信アンテナや電力機器の昇温を抑制することができる。

また、筐体は、金属により形成されると共に、底部の外周に沿って延びる側壁部と、底部から延出されて第１収容部と第２収容部とを区画する隔壁部とを有してもよく、シールド部材は、側壁部の一部および隔壁部と当接して第２収容部内の電力機器を覆ってもよい。更に、コイルユニットは、第２収容部を画成する筐体の側壁部に沿って配設される複数の放熱フィンを有してもよい。また、コイルユニットは、車両に搭載されたバッテリに接続された受電装置に非接触で電力を供給する送電装置として構成されてもよく、送電装置から非接触で電力を受電して車両に搭載されたバッテリに電力を供給する受電装置として構成されてもよい。

本発明によるコイルユニットとしての非接触式送電装置を含む給電システムの概略構成図である。図１に示す非接触式送電装置の部分断面図である。

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。

図１は、本発明によるコイルユニットとしての非接触式送電装置２０を含む給電システム１の概略構成図である。同図に示す給電システム１は、駐車場等の車両の停車スペースに設置される非接触式送電装置（以下、単に「送電装置」という）２０に加えて、電動機ＭＧやバッテリ２００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に搭載される非接触式受電装置（以下、単に「受電装置」という）１０を含むものである。

受電装置１０は、フェライトコア上に配置された渦巻き状あるいは螺旋状（巻回型）の受電コイル１１や、受電コイル１１に直列に接続されて当該受電コイル１１と共に共振回路を構成するコンデンサ１２、これらを収容する例えば樹脂製のケース１５等を有する。受電装置１０は、受電コイル１１の巻回軸（軸心）が車両１００の上下方向に延在するように当該車両１００のフロアパネルに取り付けられ、図示しないフィルタ、整流器、リレー等を介してバッテリ２００に接続される。

送電装置２０は、フェライトコア上に配置された渦巻き状あるいは螺旋状（巻回型）の送電コイル２１や、送電コイル２１に直列に接続されて当該送電コイル２１と共に共振回路を構成するコンデンサ２２、所定周波数の交流電力（高周波電力）を送電コイルに供給するための複数の電力機器２３、通信アンテナ２４、電子制御装置（制御回路）２５、これらを収容する筐体３０等を有する。電力機器２３は、家庭用電源といった外部電源としての交流電源４０からの電力を直流電力に変換する整流器や、整流器からの電力を交流電力（高周波電力）に変換するインバータ、高周波ノイズを除去するフィルタ等を含む。通信アンテナ２４は、本実施形態において、送電装置２０の電子制御装置２５と車両１００の電子制御装置との間で例えばＷＩ−ＦＩ規格による無線通信を可能とするコイルアンテナとして構成される。電子制御装置２５は、通信アンテナ２４を介して車両１００の図示しない電子制御装置と情報をやり取りしながら、整流器やインバータ等を制御する。

図２は、送電装置２０を示す部分断面図である。同図に示すように、送電装置２０は、筐体３０に加えて、蓋体３１、放熱器（ヒートシンク）３２およびシールド部材３３を含む。

筐体３０は、例えばアルミニウム合金等の金属により形成されており、略長方形状の底部３００や、それぞれ底部３００の表面（図中上面）から本実施形態では当該底部３００と垂直に延出された隔壁部３０１および側壁部３０２を有する。隔壁部３０１は、底部３００の一対の側縁部に沿った一方向における中央部よりも一端側（図２における右端側）で、当該一対の側縁部の一方から他方まで延在する。また、側壁部３０２は、底部３００の周縁部に沿って延在する。これにより、筐体３０には、底部３００、隔壁部３０１および側壁部３０２により、それぞれ底部３００とは反対側すなわち図２中上方（電力の送電方向）に向けて開口する第１収容部３０ａおよび第２収容部３０ｂが画成される。図示するように、第２収容部３０ｂは、隔壁部３０１により第１収容部３０ａと仕切られ、第１収容部３０ａと底部３００の延在方向に並ぶ。更に、筐体３０の下面には、それぞれ車両の停車スペースの設置面と当接する複数の脚部３０３が設けられている。

蓋体３１は、樹脂（非磁性材料）により平板状に形成されており、筐体３０の側壁部３０２の輪郭（図２中上方からみた輪郭）に概ね一致する平面形状（本実施形態では、略長方形状の平面形状）を有する。また、蓋体３１の周縁部からは、低背の突出部３１０が全周にわたって本実施形態では垂直に延出されている。蓋体３１の突出部３１０は、筐体３０の側壁部３０２の端面（図２における上端面）と当接するように図示しない複数のボルト等により筐体３０に固定され、第１および第２収容部３０ａ，３０ｂを覆う。また、筐体３０の側壁部３０２の端面には、図示しない一連のシール溝が形成されており、当該シール溝と蓋体３１との間には、無担状のシール部材３４が配置される。

放熱器３２は、高い熱伝動性を有する銅やアルミといった金属材料により形成されており、互いに接触しないように間隔をおいて配設された複数の放熱フィン３２０を有する。図２に示すように、本実施形態において、放熱器３２は、筐体３０の底部３００および第２収容部３０ｂを画成する筐体３０の一端側（図２における右端側）の側壁部３０２と当接するように筐体３０に取り付けられる。これにより、放熱器３２の複数の放熱フィン３２０は、筐体３０の当該一端側の側壁部３０２に沿って配設されることになり、筐体３０の底部３００や側壁部３０２に伝達された熱は、放熱器３２の複数の放熱フィン３２０を介して外部（空気中）に放出される。

シールド部材３３は、例えばアルミニウム合金等の金属材料（非磁性導電材料）により形成されており、第２収容部３０ｂの開口部の輪郭よりも一回り大きい輪郭の平面形状（本実施形態では、略長方形状の平面形状）を有する。シールド部材３３は、第２収容部３０ｂを画成する筐体３０の隔壁部３０１および側壁部３０２の端面と当接するように図示しない複数のボルト等により筐体３０に固定される。すなわち、シールド部材３３は、筐体３０と蓋体３１との間に配置され、当該シールド部材３３の表面（図２における上面）と蓋体３１との間には隙間が形成される。また、シールド部材３３の長手方向（図２における奥行き方向）の例えば略中央部には、図２における上側から下側、すなわち蓋体３１側から筐体３０の底部３００側に向けて突出するように凹部３３０が形成されている。本実施形態において、凹部３３０は、通信アンテナ２４を収容可能な容積を有するように形成される。

そして、送電装置２０では、送電コイル２１やコンデンサ２２、電子制御装置２５等が筐体３０の第１収容部３０ａ内に収容される。送電コイル２１は、受電装置１０の受電コイル１１と対向可能となるように、その巻回軸（軸心）が筐体３０の高さ方向（底部３００と直交する方向）、すなわち車両１００の上下方向に延在するように第１収容部３０ａ内に配置される。また、整流器、インバータ、フィルタといった電力機器２３は、筐体３０の第２収容部３０ｂ内に収容される。更に、筐体３０には、第２収容部３０ｂ内の電力機器２３を覆うようにシールド部材３３が固定され、シールド部材３３の凹部３３０内には、通信アンテナ２４が配置される。これにより、電力機器２３および通信アンテナ２４は、第１収容部３０ａと底部３００の延在方向すなわち送電コイル２１の巻回軸と直交（交差）する方向に並ぶように区画される第２収容部３０ｂ内に配置される。この結果、送電装置２０では、送電コイル２１、電力機器２３および通信アンテナ２４を１体の筐体３０内に収容して装置全体をコンパクト化することができる。

また、図２に示すように、送電コイル２１や通信アンテナ２４は、筐体３０の側壁部３０２に固定される樹脂製の蓋体３１によって覆われる。更に、シールド部材３３の凹部３３０内に配置された通信アンテナ２４は、図示しないケーブルを介して電子制御装置２５と電気的に接続される。また、第２収容部３０ｂ内の電力機器２３は、アルミニウム合金製の筐体３０の底部３００、隔壁部３０１および側壁部３０２とシールド部材３３により包囲される。第２収容部３０ｂ内の電力機器２３は、隔壁部３０１に形成された図示しない孔部に挿通されるケーブル（ワイヤーハーネス）を介して、第１収容部３０ａ内の送電コイル２１やコンデンサ２２と電気的に接続される。

上述のように構成される送電装置２０は、電力機器２３を収容する筐体３０の第２収容部３０ｂ（電力機器２３）が駐車場等の停車スペースに対する車両１００の進入方向における前側（後向き駐車時における後部側）に位置するように当該停車スペースに設置される。かかる送電装置２０から車両１００の受電装置１０に電力を供給するに際しては、受電装置１０の受電コイル１１と送電装置２０の送電コイル２１とが互いに対向する状態で電力機器２３から送電コイルに電力を供給する。これにより、受電装置１０の受電コイル１１には、筐体３０の樹脂製の第１蓋体３１を介して、送電コイル２１から電磁誘導（磁気共鳴）により非接触で電力が供給される。この結果、受電装置１０から整流器等を介してバッテリ２００に電力を供給し、当該電力によりバッテリ２００を充電することが可能となる。

また、送電装置２０では、通信アンテナ２４からの電磁波が樹脂製の蓋体３１によって遮断されてしまうことはなく、電子制御装置２５と車両１００側の電子制御装置との間で通信アンテナ２４を介して良好に情報をやり取り（無線通信）することが可能となる。更に、送電装置２０では、電力機器２３および通信アンテナ２４が送電コイル２１から巻回軸と交差（直交する）する方向に離間させられることから、両者に対する送電コイル２１からの磁束の流入を抑制することができる。また、第２収容部３０ｂ内の電力機器２３は、アルミニウム合金製の筐体３０の底部３００、隔壁部３０１および側壁部３０２とシールド部材３３により包囲されることから、電力機器２３への磁束の流入は極めて良好に抑制される。従って、送電装置２０では、送電コイル２１からの磁束による渦電流が流れることで通信アンテナ２４および電力機器２３が昇温するのを良好に抑制することが可能となる。

更に、送電装置２０では、電力機器２３で発生するノイズ（高周波ノイズ）が筐体３０の外部に漏洩するのを良好に抑制することができる。また、電力機器２３を収容する第２収容部３０ｂをシールド部材３３により覆うことで、例えば車両１００の車輪が送電装置２０に乗り上げることにより加えられる荷重といったような外力から電力機器２３を良好に保護することもできる。更に、送電装置２０から受電装置１０への送電に際し、筐体３０の第２収容部３０ｂに収容された整流器やインバータ、フィルタといった電力機器２３は、それぞれの作動に伴って熱を発生するが、電力機器２３の熱は、筐体３０の底部３００や側壁部３０２を介して放熱器３２に伝達され、当該放熱器３２の複数の放熱フィン３２０を介して外部（空気中）に放出される。従って、送電装置２０では、ファン等を用いた強制冷却を行うことなく、第２収容部３０ｂ内の電力機器２３を良好に冷却することが可能となる。

以上説明したように、コイルユニットとしての非接触式送電装置２０は、電力を送電する送電コイル２１と、当該送電コイル２１に電気的に接続される電力機器２３と、外部機器すなわち車両１００の電子制御装置との無線通信に供される通信アンテナ２４と、送電コイル２１、電力機器２３および通信アンテナ２４等を収容する筐体３０と、樹脂製の蓋体３１と、シールド部材３３とを含む。筐体３０は、送電コイル２１が収容される第１収容部３０ａと、当該第１収容部３０ａと送電コイル２１の巻回軸と交差する方向に並ぶように区画されると共に電力機器２３が収容される第２収容部３０ｂとを有する。また、蓋体３１は、第１および第２収容部３０ａ，３０ｂを覆うように筐体３０に取り付けられ、シールド部材３３は、第２収容部３０ｂ内の電力機器２３を覆うように筐体３０と蓋体３１との間に配置される。更に、シールド部材３３は、蓋体３１側から筐体３０の底部３００側に向けて凹むように形成された凹部３３０を有し、通信アンテナ２４は、シールド部材３３の凹部３３０内に配置される。これにより、送電コイル２１、当該送電コイル２１に電気的に接続される電力機器２３および通信アンテナ２４を１体の筐体３０内に収容して送電装置２０の全体をコンパクト化しつつ、通信アンテナ２４を介した無線通信を可能とし、かつ電力機器２３や通信アンテナ２４の昇温を抑制することができる。

なお、上記実施形態では、底部３００から延出されて第１収容部３０ａと第２収容部３０ｂとを区画する隔壁部３０１が筐体３０に設けられ、シールド部材３３が側壁部３０２の一部および隔壁部３０１と当接して第２収容部３０ｂ内の電力機器２３を覆うが、送電装置２０の構成は、これに限られるものではない。すなわち、筐体３０から隔壁部３０１を省略すると共に、シールド部材３３に第１収容部３０ａと第２収容部３０ｂとを区画する隔壁部を設けてもよい。このような構成を採用しても、筐体３０およびシールド部材３３により電力機器２３を包囲して、当該電力機器２３への送電コイル２１からの磁束の流入や、電力機器２３で発生するノイズ（高周波ノイズ）の漏洩を良好に抑制することが可能となる。

また、詳細な説明は省略するが、給電システム１を構成する受電装置１０において、ケース１５を上述の筐体３０や蓋体３１、シールド部材３３等と同様に構成された筐体や蓋体、シールド部材等を含むものとし、当該ケース１５内に受電コイル１１やコンデンサ１２、それらに電気的に接続されるフィルタ、整流器等の電力機器、電子制御装置に接続される通信アンテナを収容してもよい。これにより、受電コイル１１、当該コイルに電気的に接続される電力機器および通信アンテナを１体のケース１５内に収容して受電装置１０の全体をコンパクト化しつつ、通信アンテナを介した無線通信を可能とし、かつ通信アンテナや電力機器の昇温を抑制することができる。

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。

本発明は、コイルユニットや非接触式給電システムの製造産業等において利用可能である。

１給電システム、１０非接触式受電装置、１１受電コイル、１２コンデンサ、１５ケース、２０非接触式送電装置、２１送電コイル、２２コンデンサ、２３電力機器、２４通信アンテナ、２５電子制御装置、３０筐体、３０ａ第１収容部、３０ｂ第２収容部、３１蓋体、３２放熱器、３３シールド部材、３４シール部材、４０交流電源、１００車両、２００バッテリ、３００底部、３０１隔壁部、３０２側壁部、３０３脚部、３１０突出部、３２０放熱フィン、３３０凹部、ＭＧ電動機。

Claims

電力を送電または受電するコイルと、前記コイルに電気的に接続される電力機器と、外部機器との無線通信に供される通信アンテナとを含み、車両に搭載されたバッテリに接続された受電装置に非接触で電力を供給する送電装置として構成されたコイルユニットにおいて、
前記コイルが収容される第１収容部と、前記第１収容部と前記コイルの巻回軸と交差する方向に並ぶように区画されると共に前記電力機器が収容される第２収容部とを有する筐体と、
前記第１および第２収容部を覆うように前記筐体に取り付けられる樹脂製の蓋体と、
前記第２収容部内の前記電力機器を覆うように前記筐体と前記蓋体との間に配置されるシールド部材とを備え、
前記筐体は、底部の外周に沿って延びる側壁部と、前記底部から延出されて前記第１収容部と前記第２収容部とを区画する隔壁部とを有し、
前記シールド部材は、前記側壁部の一部および前記隔壁部と当接して前記第２収容部内の前記電力機器を覆うと共に、前記蓋体側から前記筐体の底部側に向けて凹むように形成された凹部を有し、前記通信アンテナは、前記シールド部材の前記凹部内に配置されることを特徴とするコイルユニット。