JP6555198B2 - Coil unit - Google Patents
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Description
本発明は、コイルユニットに関し、特に、非接触充電システムに用いられるコイルユニットに関する。 The present invention relates to a coil unit, and more particularly to a coil unit used in a non-contact charging system.
従来から非接触充電システムに用いられるコイルユニットについて各種提案されている。たとえば、特開2016−73018号公報に記載された送電装置は、送電コイル側コイルユニットを含み、受電装置は、受電側コイルユニットを含む。 Conventionally, various types of coil units used in contactless charging systems have been proposed. For example, a power transmission device described in JP-A-2006-73018 includes a power transmission coil side coil unit, and a power reception device includes a power reception side coil unit.
送電側コイルユニットは、板状に形成されたフェライト板と、このフェライト板の上面に配置された中空状の送電コイルとを含み、受電側コイルユニットもフェライト板と、中空状の受電コイルとを含む。 The power transmission side coil unit includes a ferrite plate formed in a plate shape and a hollow power transmission coil disposed on the upper surface of the ferrite plate. The power reception side coil unit also includes a ferrite plate and a hollow power reception coil. Including.
上記特開2016−073018号公報に記載された送電装置から受電装置に電力を送電する際には、送電コイルに電力が供給され、送電コイルの周囲に磁束が形成される。この磁束は、たとえば、送電コイルの中空部からフェライト板内を通り、フェライト板の外周縁部側から、受電側コイルユニットに向かう。 When power is transmitted from the power transmission device described in JP-A-2006-073018 to the power reception device, power is supplied to the power transmission coil, and magnetic flux is formed around the power transmission coil. This magnetic flux passes, for example, from the hollow portion of the power transmission coil through the ferrite plate and from the outer peripheral edge side of the ferrite plate toward the power receiving side coil unit.
そして、送電コイルからの磁束は、受電側コイルユニットのフェライト板の外周縁部側からフェライト板内に入り込む。その後、フェライト板内を通り、磁束は受電コイルの中空部から送電装置に向けて出射する。このようにして、送電コイルからの磁束が受電コイルと鎖交する。 Then, the magnetic flux from the power transmission coil enters the ferrite plate from the outer peripheral edge side of the ferrite plate of the power receiving side coil unit. Thereafter, the magnetic flux passes through the ferrite plate and exits from the hollow portion of the power receiving coil toward the power transmission device. In this way, the magnetic flux from the power transmission coil is linked to the power reception coil.
磁束が受電コイルと鎖交することで、受電コイル内に受電電流が流れ、受電コイルが受電する。そして、受電電流によって受電コイルの周囲に磁束が形成される。そして、受電コイルからの磁束も、送電コイルからの磁束と同様の磁気経路を通る。 When the magnetic flux is linked to the power receiving coil, a power receiving current flows in the power receiving coil, and the power receiving coil receives power. Then, a magnetic flux is formed around the receiving coil by the receiving current. And the magnetic flux from a receiving coil also passes the same magnetic path as the magnetic flux from a power transmission coil.
このように、送電コイルおよび受電コイルの周囲を磁束が流れる場合において、経路長が短い磁束経路に多くの磁束が流れる。その結果、送電コイルおよび受電コイルの近傍を通る磁束経路に多くの磁束が流れ、各コイルユニットのフェライト板において、送電コイルまたは受電コイルと対向する対向部分の磁束密度が高くなる。 Thus, when a magnetic flux flows around the power transmission coil and the power receiving coil, a large amount of magnetic flux flows through a magnetic flux path having a short path length. As a result, a large amount of magnetic flux flows in the magnetic flux path passing through the vicinity of the power transmission coil and the power reception coil, and the magnetic flux density of the facing portion facing the power transmission coil or the power reception coil is increased in the ferrite plate of each coil unit.
上記の対向部分の磁束密度が高くなると対向部分での発熱量が多くなり、損失が大きくなり、受電効率の低下を招く。そして、受電装置が受電する受電電力を維持するために、送電コイルに供給する電力を多くすると、さらに、フェライト板の対向部分の温度上昇を招くことになる。 When the magnetic flux density at the facing portion increases, the amount of heat generated at the facing portion increases, loss increases, and power reception efficiency decreases. And if the electric power supplied to a power transmission coil is increased in order to maintain the received electric power which a power receiving apparatus receives, the temperature rise of the opposing part of a ferrite plate will be caused further.
このように、フェライト板の対向部分は、フェライト板の他の部分よりも温度が高くなり易いという課題がある。 Thus, there is a problem that the temperature of the facing portion of the ferrite plate is likely to be higher than that of the other portion of the ferrite plate.
本明細書に記載されたコイルユニットは、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、フェライト板のうちコイルと対向する対向部分の温度が高くなることを抑制することである。 The coil unit described in the present specification has been made in view of the above problems, and its purpose is to suppress the temperature of the facing portion of the ferrite plate facing the coil from becoming high. It is.
本明細書に記載されたコイルユニットは、厚さ方向に配列する第1主表面および第2主表面を含む板状のフェライト板と、第1主表面に配置されると共に、厚さ方向に延びる巻回軸線の周囲を取り囲むように形成された中空状のコイルと備える。上記フェライト板のうちコイルと対向する対向部分の少なくとも一部に厚肉部が形成されており、厚肉部の厚さは厚肉部と隣り合う部分よりも厚い。 The coil unit described in the present specification is disposed on the first main surface, and extends in the thickness direction, with a plate-like ferrite plate including a first main surface and a second main surface arranged in the thickness direction. And a hollow coil formed so as to surround the winding axis. A thick part is formed in at least a part of the facing part facing the coil in the ferrite plate, and the thick part is thicker than the part adjacent to the thick part.
上記のコイルユニットにおいて、コイルに電流が流れると、コイルの周囲に磁束が発生する。そして、フェライト板のうち、コイルと対向する対向部分を通る磁束の磁束密度が高くなる。その一方で、対向部分に厚肉部分が形成されており、対向部分における磁束密度が高くなることを抑制することができ、対向部分で大きな損失が生じることを抑制することができる。 In the above coil unit, when a current flows through the coil, a magnetic flux is generated around the coil. And the magnetic flux density of the magnetic flux which passes through the opposing part which opposes a coil among ferrite plates becomes high. On the other hand, the thick part is formed in the opposing part, and it can suppress that the magnetic flux density in an opposing part becomes high, and it can suppress that a big loss arises in an opposing part.
本明細書に記載されたコイルユニットによれば、フェライト板のうちコイルと対向する対向部分の温度が高くなることを抑制することができる。 According to the coil unit described in this specification, it can suppress that the temperature of the opposing part which opposes a coil among ferrite plates becomes high.
図1から図14を用いて、実施の形態に係るコイルユニットについて説明する。なお、図1から図14に示す構成のうち、同一の構成または実質的に同一の構成については、同一の符号を付して重複した説明を省略する場合がある。 The coil unit according to the embodiment will be described with reference to FIGS. Note that, among the configurations illustrated in FIGS. 1 to 14, the same configuration or substantially the same configuration may be denoted by the same reference numeral and redundant description may be omitted.
図1は、非接触充電システム1を模式的に示す模式図であり、図2は、非接触充電システム1を模式的に示す電気回路図である。図1および図2に示すように、非接触充電システム1は、車両2と送電装置3とを含む。
FIG. 1 is a schematic diagram schematically showing the
車両2は、送電装置3から非接触で電力を受電する受電装置4と、受電装置4が受電した電力を蓄電するバッテリ7とを含む。受電装置4は、コイルユニット5と、コイルユニット5が受電した交流電力を直流電力に変換してバッテリ7に供給する整流器6とを含む。コイルユニット5は、受電コイル8およびコンデンサ9を含み、受電コイル8とコンデンサ9によってLC共振器が形成されている。
The
送電装置3は、変換器11と、変換器11に接続されたコイルユニット14とを含む。変換器11は、電源10に接続されており、変換器11は、電源10から供給される交流電力の周波数および電圧を調整してコイルユニット14に供給する。
The
コイルユニット14は、送電コイル12およびコンデンサ13を含み、送電コイル12およびコンデンサ13によってLC共振器が形成されている。
The
送電コイル12には変換器11から供給される交流電流が流れ、送電コイル12の周囲に電磁界が形成される。この電磁界が受電コイル8に達することで、コイルユニット5が電力を受電する。
An alternating current supplied from the
図3は、送電装置3を示す分解斜視図である。この図3に示すように、送電装置3は、コイルユニット5と、コイルユニット5を内部に収容する収容ケース20と、収容ケース20内に設けられた変換器11と、コンデンサ13と、支持板21とを含む。
FIG. 3 is an exploded perspective view showing the
収容ケース20は、上方に向けて開口する金属製のケース本体22と、ケース本体22の開口部を覆うように設けられた樹脂蓋23とを含む。
The
ケース本体22内には複数の支持壁24が形成されており、複数の支持壁24によってケース本体22内は複数の収容室に区画されている。変換器11およびコンデンサ13は、各収容室に収容されている。
A plurality of
コイルユニット5は、板状に形成されたフェライト板15と、送電コイル12と、コンデンサ13とを含む。
The
フェライト板15は、厚さ方向TDに配列する上面16および下面17とを含む。送電コイル12は、フェライト板15の上面16に配置されている。送電コイル12は、厚さ方向TD1に延びる巻回軸線O1の周囲を取り囲むように形成されている。
支持板21は、フェライト板15の下面17側に配置されており、支持板21は、アルミニウムなどの金属材料によって形成されている。支持板21は、支持壁24上に配置されており、支持板21の上面に配置されるフェライト板15を支持している。
The
図4は、送電装置3の一部を示す断面図である。この図4に示すように、送電装置3は、フェライト板15の上面上に配置されたボビン18を含む。ボビン18は樹脂などの絶縁材料によって形成されており、ボビン18の上面には、送電コイル12が嵌め込まれる溝部19が形成されている。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a part of the
図5は、図3に示す巻回軸線O1上の観察位置P1から送電コイル12およびフェライト板15を平面視したときの平面図である。
FIG. 5 is a plan view of the
図5に示すように、送電コイル12は、角部が湾曲状とされた多角形形状とされており、この図5に示す例においては、長方形形状とされている。
As shown in FIG. 5, the
送電コイル12は、間隔をあけて形成された複数の角部30と、一対の直線部31Aと、一対の直線部31Bとを含む。各角部30は湾曲状に曲げられている。各直線部31A,31Bは、隣り合う角部30を接続しており、直線部31Aの長さは、直線部31Bの長さよりも長い。
The
送電コイル12は中空状に形成されており、送電コイル12の中央には開口部32が形成されている。
The
フェライト板15は、間隔をあけて設けられた複数の角部ピース33と、複数の辺部ピース34とを含む。各角部ピース33は、送電コイル12の角部30の下側に配置されており、各辺部ピース34は、直線部31Aの下側に配置されている。
直線部31Bが延びる方向に隣り合う角部ピース33によって、切欠部36が形成されている。切欠部36は、送電コイル12の外側から開口部32に向けて延びるように形成されており、切欠部36の幅W1は、送電コイル12の外側から開口部32に向かうにつれて小さくなるように形成されている。
A
直線部31Aが延びる方向に隣り合う角部ピース33の間に辺部ピース34が配置されており、辺部ピース34と角部ピース33との間にも切欠部37が形成されている。切欠部37も、送電コイル12の外側から開口部32に向けて延びるように形成されている。切欠部37の幅W2も、送電コイル12の外側から開口部32に向かうにつれて、小さくなるように形成されている。
A
辺部ピース34は、直線部31Aに対して直交するように配置されている。辺部ピース34の一端は、開口部32内に位置しており、開口部32の他端は送電コイル12の外側に位置している。辺部ピース34は、2つの分割フェライト板35A,35Bを含み、分割フェライト板35A,35B間の空隙も、直線部31Aに対して垂直な方向に延びる。
The
図6は、角部ピース33およびその周囲の構成を示す平面図である。この図6において、接線L1は、角部30の頂点P2における接線である。
FIG. 6 is a plan view showing a configuration of the
角部ピース33の一端は開口部32内に位置しており、他端は送電コイル12よりも外側に位置している。
One end of the
角部ピース33は、頂点P2の下側に配置された分割フェライト板35Cと、分割フェライト板35Cを挟むように配置された分割フェライト板35D,35Eとを含む。
The
ここで、分割フェライト板35Cの一端から他端に向かう方向が接線L1に直交するように、分割フェライト板35Cが配置されている。また、分割フェライト板35D,35Eも、分割フェライト板35Cと同様に配置されている。
Here, the divided
図7は、辺部ピース34および角部ピース33を示す斜視図である。図中の斜線で示す部分は、各分割フェライト板が送電コイル12と対向する部分を示す。
FIG. 7 is a perspective view showing the
具体的には、対向部分45Aは、分割フェライト板35Aが送電コイル12とが対向する部分である。同様に、対向部分45B,45C,45D,45Eは、分割フェライト板35B,35C,35D,35Eが、送電コイル12と対向する部分である。ここで、分割フェライト板35Cの厚さT1は、分割フェライト板35A,35B,35D,35Eの厚さT2,T3,T4,T5よりも厚い。
Specifically, the facing portion 45 </ b> A is a portion where the divided ferrite plate 35 </ b> A faces the
このため、フェライト板15のうち送電コイル12と対向する対向部分45A〜45Eの一部である対向部分45Cが厚くなるように形成されている。図7に示す例においては、分割フェライト板35Cが厚肉部であり、他の分割フェライト板35A,35B,35D,35Eが厚肉部と隣り合う隣接部分であり、分割フェライト板35Cの厚さを隣接部分よりも厚くしている。
For this reason, the opposing
図8は、送電装置3から受電装置4に送電している状態を模式的に示す模式図である。この図8において、コイルユニット14の送電コイル12に交流電流が流れ、送電コイル12の周囲に磁束MFが発生し、各種の磁束経路を磁束MFが通る。
FIG. 8 is a schematic diagram schematically illustrating a state in which power is transmitted from the
この図8に示す例においては、磁束経路MP1は、分割フェライト板35Eを通り、受電コイル8および送電コイル12を通る鎖交経路である。同様に、磁束経路MP2は、分割フェライト板35A通り、受電コイル8および送電コイル12のいずれも通る鎖交経路である。
In the example shown in FIG. 8, the magnetic flux path MP1 is an interlinkage path passing through the
その一方で、磁束経路MP3は、分割フェライト板35E内を通ると共に、送電コイル12の周囲のみを通り、受電コイル8を通らない経路である。磁束経路MP4も、分割フェライト板35A内を通ると共に、送電コイル12の周囲のみを通り、受電コイル8を通らない経路である。磁束経路MP3,MP4の経路長は、磁束経路MP1,MP2の経路長よりも短く、磁束経路MP3,MP4の磁気抵抗は、磁束経路MP1,MPの磁気抵抗よりも低い。そのため、磁束経路MP3,MP4を通る磁束MFは比較的多い。
On the other hand, the magnetic flux path MP3 is a path that passes through the divided
その一方で、磁束経路MP1,MP2を通る磁束によって、受電コイル8に受電電流が流れる。
On the other hand, a receiving current flows through the receiving
図9は、フェライト板15および送電コイル12の一部を示す斜視図である。この図9において、磁束経路MP5は、分割フェライト板35D、送電コイル12の周囲および切欠部36を通る経路である。ここで、磁束MFが切欠部36を通るときは、空気中を磁束MFが流れることになる。空気の磁気抵抗はフェライトの磁気抵抗よりも遥かに高い。
FIG. 9 is a perspective view showing a part of the
その一方で、磁束経路MP3などは、切欠部36を通らないため、磁束経路MP3の磁気抵抗は、磁束経路MP5の磁気抵抗よりも低い。その結果、磁束経路MP3を通る磁束量は、磁束経路MP5を通る磁束量よりも多くなる。同様に、磁束経路MP6も、切欠部37を通る経路であり、磁束経路MP3よりも磁気抵抗が高い。このため、磁束経路MP3に多くの磁束が流れるようになる。
On the other hand, since the magnetic flux path MP3 or the like does not pass through the
図10は、図9に示すX−X線で断面視したときの断面の一部を示す。図10に示すように、分割フェライト板35Cの対向部分45Cにおける磁束密度は、分割フェライト板35Cのうち対向部分45Cと隣り合う部分における磁束密度よりも多い。特に、分割フェライト板35Cの中央部に近づくにつれて、磁束密度が高くなることが分かる。
FIG. 10 shows a part of a cross section when viewed in cross section along line XX shown in FIG. As shown in FIG. 10, the magnetic flux density in the facing
図11は、各分割フェライト板35A〜35Eの厚さを同じ厚さとしたフェライト板15Aを採用したときにおける磁束密度分布を示す平面図であり、図12は、図11の一部を拡大した拡大図である。なお、図11および図12において、領域R1から領域R6に向かうにつれて磁束密度分布が高くなる。
FIG. 11 is a plan view showing a magnetic flux density distribution when a
この図11および図12に示すように、フェライト板15Aにおいては、各分割フェライト板35A〜35Eの中央部分の磁束密度が高いことが分かる。このように磁束密度が高い部分は、各分割フェライト板35A〜35Eにおいて、送電コイル12と対向する部分と一致する。特に、分割フェライト板35Cの中央部およびその周囲の磁束密度が最も高いことが分かる。そして、分割フェライト板35Cの中央部分およびその周囲は、送電コイル12と対向する対向部分45Cと一致している。
As shown in FIGS. 11 and 12, in the
このように、分割フェライト板35Cの厚さと、他の分割フェライト板35A,35B,35D,35Eの厚さとを同じ厚さにすると、分割フェライト板35Cの対向部分45Cで大きな損失(発熱)が生じることが分かる。
As described above, when the thickness of the divided
その一方で、本実施の形態に係るコイルユニット14においては、図7に示すように、分割フェライト板35Cの厚さT1は、他の分割フェライト板35A,35B,35D,35Eよりも厚い。このため、分割フェライト板35Cの断面積(分割フェライト板35Cが長尺に延びる方向に垂直な方向における断面積)は、他の分割フェライト板35A,35B,35D,35Eの断面積よりも広い。そのため、分割フェライト板35Cの対向部分45Cに多くの磁束MFが流れたとしても、対向部分45Cの磁束密度が過大に大きくなることを抑制することができる。これに伴い、対向部分45Cにおいても、温度が上昇することを抑制することができる。
On the other hand, in the
図13は、分割フェライト板35Cの磁束分布を示すグラフである。具体的には、破線グラフL11は、比較例であるフェライト板15Aにおいて、図12に示す端部P3から端部P3から端部P4における磁束密度を示す。実線グラフL10は、本実施の形態に係るフェライト板15において同じ位置における磁束密度を示す。なお、縦軸は磁束密度を示し、横軸は位置を示す。この図13に示すグラフからも明らかなように、本実施の形態に係るフェライト板15の対向部分45Cの磁束密度は、比較例のフェライト板15Aの対向部分45Cの磁束密度よりも低いことが分かる。
FIG. 13 is a graph showing the magnetic flux distribution of the divided
このように、本実施の形態に係るコイルユニット14によれば、磁束密度が高くなる部分が生じることを抑制し、コイルユニット14の温度上昇を抑制することができる。さらに、一部の分割フェライト板35Cの厚さを厚くしており、全ての分割フェライト板35A〜35Eの厚さを厚くする場合と比較して、製造コストの低減が図られている。
Thus, according to the
次に、図14を用いて、フェライト板15の変形例について説明する。上記の実施の形態においては、分割フェライト板35C全体の厚さを厚くするように形成したが、対向部分45が位置する部分の厚さを厚くするようにしてもよい。図14は、分割フェライト板35Cの変形例を示す斜視図であり、分割フェライト板35Cを下方から視たときの斜視図である。この図14において、斜線部分は、対向部分45Cを示す。
Next, a modified example of the
図14に示すように、分割フェライト板35Cは、厚肉部42と、厚肉部42と隣り合う隣接部分43,44とを含む。厚肉部42は、送電コイル12と対向する対向部分45に位置している。隣接部分43は、厚肉部42よりも送電コイル12の内側に位置しており、隣接部分44は送電コイル12の外側に位置している。厚肉部42の厚さT6は、隣接部分43,44の厚さT7,T8よりも厚い。
As shown in FIG. 14, the divided ferrite plate 35 </ b> C includes a
なお、分割フェライト板35Cは、上面40および下面41を含む。厚肉部42は、下面41に形成されており、厚肉部42は下方に突出するように形成されている。なお、上面40は平坦面状に形成されている。分割フェライト板35Cは、幅方向WDに配列する側面46および側面47を含み、厚肉部42は、側面46から側面47に達するように形成されている。
The
このため、対向部分45Cにおける断面積は、隣接部分44および隣接部分43の断面積よりも広く、多くの磁束MFが対向部分45Cを通ったとしても対向部分45Cにおいて、磁束密度が高くなることを抑制することができる。図13の一点鎖線グラフL12は、変形例に係る分割フェライト板35Cの磁束密度を示すグラフである。この一点鎖線グラフL12に示すように、変形例に係る分割フェライト板35Cによれば、全体に亘って、磁束密度の均等化を図ることができる。さらに、変形例に係る分割フェライト板35Cにおいても、局所的に過大な損失および発熱が生じることを抑制することができる。
For this reason, the cross-sectional area of the facing
また、上記の変形例においては、分割フェライト板35Cの対向部分45Cを厚くするようにしたが、対向部分45Cのみならず、図7に示す他の分割フェライト板35A,35B,35D,35Eの対向部分45A,45B,45D,45Eも同様に厚くするようにしてもよい。
Further, in the above modification, the opposing
なお、上記の実施の形態などにおいては、送電装置3のコイルユニット14について主に説明したが、コイルユニット14およびフェライト板15の構成は、受電装置4のコイルユニット5およびフェライト板にも適用することができる。
In the above-described embodiment and the like, the
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と考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
本明細書に記載されたコイルユニットは、非接触充電システムのコイルユニットに適用することができる。 The coil unit described in this specification can be applied to a coil unit of a non-contact charging system.
1 非接触充電システム、2 車両、3 送電装置、4 受電装置、5,14 コイルユニット、6 整流器、7 バッテリ、8 受電コイル、9,13 コンデンサ、10 電源、11 変換器、12 送電コイル、15,15A フェライト板、16 上面、17 下面、18 ボビン、19 溝部、20 収容ケース、21 支持板、22 ケース本体、23 樹脂蓋、24 支持壁、30 角部、31A,31B 直線部、32 開口部、33 角部ピース、34 辺部ピース、35,35A,35B,35C,35D,35E 分割フェライト板、36,37 切欠部、42 厚肉部、43,44 隣接部分、45,45A,45B,45C,45D,45E 対向部分、46,47 側面、L1 接線、MF 磁束、MP,MP1,MP2,MP3,MP4,MP5,MP6 磁束経路、O1 巻回軸線、P1 観察位置、P2 頂点、P3,P4 端部、T1,T2,T3,T4,T5,T6,T7,T8 厚さ、TD,TD1 厚さ方向、W1,W2 幅、WD 幅方向。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記第1主表面に配置されると共に、前記厚さ方向に延びる巻回軸線の周囲を取り囲むように形成された中空状のコイルと、
を備え、
前記コイルは、複数の直線部と、隣り合う直線部を接続する角部とを含み、
前記フェライト板は、前記角部が配置された角部ピースと、前記直線部が配置された辺部ピースとを含み、
前記フェライト板には、前記角部ピース間に位置する部分に切欠部が形成されており、
前記角部ピースには、前記角部の内周側から外周側に向けて延びる厚肉部が形成された、コイルユニット。 A plate-like ferrite plate including a first main surface and a second main surface arranged in the thickness direction;
A hollow coil disposed on the first main surface and formed so as to surround a winding axis extending in the thickness direction;
With
The coil includes a plurality of straight portions and corner portions connecting adjacent straight portions,
The ferrite plate includes a corner piece in which the corner portion is disposed, and a side piece in which the linear portion is disposed,
The ferrite plate has a notch formed in a portion located between the corner pieces,
The coil unit , wherein the corner piece is formed with a thick portion extending from an inner peripheral side to an outer peripheral side of the corner portion .
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