JP6696350B2 - コイルユニット - Google Patents

Description

本明細書に記載されたコイルユニットは、コイルとフェライト板と基板とを含む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。

従来から非接触充電システムに関する技術が各種提案されている（特許文献１〜６）。特開２０１６−１０５４３５号公報（特許文献１）に記載された受電装置としてのコイルユニットは、収容ケースを備えており、受電コイルおよびフェライト板などが収容ケースの中に配置される。収容ケースの中には基板も配置されており、この基板の表面には、コンデンサや整流器などの各種の電気素子が実装されている。

特開２０１６−１０５４３５号公報 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

コイルユニットがたとえば車両の底面に固定されたとする。この場合、コイルユニットの収容ケースは、車両の走行中に路面や路上の岩石等に接触する可能性がある。収容ケースが外部との接触により力を受け、その力が基板にも作用した場合、基板に割れや亀裂などの損傷が生じる虞がある。

特に、収容ケースの四方の辺部分を車両底面に固定するのではなくて、収容ケースのうちの対向する一対の側壁部分を車両底面に固定した場合、フロアーパネルの下面の構造によっては、収容ケースが、橋渡し状に両端支持される場合がなる。収容ケースの中央に荷重がかかることによって収容ケースに撓み変形が生じるとともに基板に曲げ応力が作用した場合には、基板に、上記の一対の側壁と平行な方向に延びる割れや亀裂などが生じやすくなる。

本明細書に記載されたコイルユニットは、上記のような実情に鑑みて創作されたものであって、コイルユニットの中央部分が地面等と接触することによってコイルユニットの収容ケースに撓み変形が生じたとしても、収容ケースの内部に配置されている基板に割れ等が生じることを抑制することが可能なコイルユニットを提供することを目的とする。

コイルユニットは、フェライト板と、上記フェライト板の表面上に配置されたコイルと、上記フェライト板および上記コイルを収容する収容ケースと、上記収容ケース内に配置された基板と、を備え、上記収容ケースは、第１方向において対向する一対の側面を有し、当該一対の側面には上記収容ケースを外部の固定部材に固定するための複数の固定部が形成されており、上記基板は、第１基板部および第２基板部を含み、上記第１基板部および上記第２基板部は、上記第１方向に対して交差する第２方向に沿って延在するスリットによって互いに分割されている。

上記のコイルユニットによれば、収容ケースは、第１方向において対向する一対の側面を介して外部の固定部材に固定されており、その一方で、基板の第１基板部および第２基板部は、第１方向に対して交差する第２方向に沿って延在するスリットによって互いに分割されている。コイルユニットの中央部分が地面等と接触することによって収容ケースに撓み変形が生じたとしても、その撓み変形に起因した歪が基板の第１基板部および第２基板部に集中して作用することは基板自身が有する分割構造によって抑制されるため、収容ケースの内部に配置されている基板に割れ等が生じることを効果的に抑制することが可能となる。

本明細書に記載されたコイルユニットによれば、収容ケースの内部に配置されている基板に割れ等が生じることを抑制することができる。

非接触充電システム１を示す模式図である。 非接触充電システム１を示す電気回路図である。 コイルユニット４を示す分解斜視図である。

図１から図３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。図１から図３に示す構成のうち、同一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。

（非接触充電システム１）
図１は、非接触充電システム１を示す模式図であり、図２は、非接触充電システム１を示す電気回路図である。図１において、矢印Ｕは重力方向における上方向を示し、矢印Ｄは重力方向における下方向を示す。矢印Ｌ，Ｒは車両２の車幅方向を示し、矢印Ｆ，Ｂは車両２の車両前後方向を示す。これらの矢印の意義については図３においても共通する。

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およびコイルユニット３を備える。車両２には、コイルユニット４およびバッテリ７が搭載されており、コイルユニット４は、車両２のフロアパネル１５の下面に設けられている。コイルユニット３は車両２の外部である地面上に設けられており、コイルユニット４は、コイルユニット３から非接触で電力を受電する。

コイルユニット４は、共振器５と、整流器６とを含む。共振器５は、受電コイル８とコンデンサ９とを含み、受電コイル８およびコンデンサ９によってＬＣ共振回路が形成されている。整流器６は、共振器５に接続され、共振器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。

コイルユニット３は、共振器１４と、変換器１１とを含む。共振器１４は、送電コイル１２とコンデンサ１３とを含み、送電コイル１２およびコンデンサ１３によってＬＣ共振回路が形成されている。変換器１１は、電源１０に接続され、電源１０から供給される交流電流の周波数を調整すると共に、電圧を調整して、共振器１４に供給する。

（コイルユニット４）
図３は、コイルユニット４を示す分解斜視図である。コイルユニット４は、収容ケース１６、受電コイル８、ボビン８Ｂ、フェライト板８Ｆ、支持板１９、基板２０、および複数のボルト２５を備える。収容ケース１６は、ケース本体１８および樹脂蓋１７を含み、受電コイル８、ボビン８Ｂ、フェライト板８Ｆ、支持板１９および基板２０は、収容ケース１６の中に収容される。

ケース本体１８は、複数のボルト２５を使用することによって、フロアパネル１５（図１）の下面などに固定される部材である。ケース本体１８は、たとえば、アルミニウムやアルミニウム合金によって形成される。

ケース本体１８は、第１方向（ここでは車幅方向Ｌ，Ｒ）において対向する一対の側面１８Ｍ，１８Ｎを有しており、これら一対の側面１８Ｍ，１８Ｎには、複数の固定部１８Ａ〜１８Ｆが形成されている。複数の固定部１８Ａ〜１８Ｆは、収容ケース１６のケース本体１８を外部の固定部材（ここではフロアパネル１５）に固定するための部分である。

固定部１８Ａ〜１８Ｃは、側面１８Ｍ上に設けられており、車両前後方向（矢印Ｆ，Ｂ）において互いの間に間隔を空けるようにして並んでいる。固定部１８Ａ〜１８Ｃは、いずれも、側面１８Ｍから車幅方向の右側（矢印Ｒ側）に向かって舌片状に延出する形状を有しており、固定部１８Ａ〜１８Ｃには、貫通孔１９Ａ〜１９Ｃがそれぞれ設けられている。貫通孔１９Ａ〜１９Ｃに挿通されたボルト２５が車両２のフロアパネル１５の下面に締結されることで、固定部１８Ａ〜１８Ｃはフロアパネル１５に固定されることとなる。

固定部１８Ｄ〜１８Ｆは、側面１８Ｎ上に設けられており、車両前後方向（矢印Ｆ，Ｂ）において互いの間に間隔を空けるようにして並んでいる。固定部１８Ｄ〜１８Ｆは、いずれも、側面１８Ｎから車幅方向の左側（矢印Ｌ側）に向かって舌片状に延出する形状を有しており、固定部１８Ｄ〜１８Ｆには、貫通孔１９Ｄ〜１９Ｆがそれぞれ設けられている。貫通孔１９Ｄ〜１９Ｆに挿通されたボルト２５が車両２のフロアパネル１５の下面に締結されることで、固定部１８Ｄ〜１８Ｆはフロアパネル１５に固定されることとなる。

ケース本体１８の側面上には、固定部１８Ａ〜１８Ｆに加えて、複数の張出部１８Ｔも設けられている。複数の張出部１８Ｔは、ケース本体１８の側面（外周面）の周方向において互いの間に間隔を空けるようにして並んでおり、ケース本体１８の側面の周囲を取り囲むように配置されている。複数の張出部１８Ｔは、樹脂蓋１７に設けられた複数の張出部１７Ｔに対応している。

樹脂蓋１７は、ケース本体１８を下方から覆うように設けられる。複数の張出部１７Ｔの各々には、位置決めピン１７Ｂが設けられており、位置決めピン１７Ｂがケース本体１８に設けられた張出部１８Ｔに嵌合している状態で、図示しないネジ等によって樹脂蓋１７はケース本体１８に締結される。位置決めピン１７Ｂを用いる代わりに、張出部１７Ｔを貫通するようなボルトを用いて樹脂蓋１７とケース本体１８とを互いに直接締結しても構わない。

基板２０は、ケース本体１８の下面側に固定されており、この基板２０の表面には、コンデンサ９や整流器６など、電力変換や低圧制御などを行なう電気素子が実装されている。この基板２０は、その構成要素として、第１基板部２１および第２基板部２２を含んでいる。第１基板部２１および第２基板部２２は、第１方向（ここでは車幅方向Ｌ，Ｒ）に対して交差する第２方向（ここでは車幅方向に直交する車両前後方向Ｆ，Ｂ）に沿って延在するスリット２３によって、互いに分割された構造を有している。

換言すると、第１基板部２１の車幅方向の左側（矢印Ｌの側）には、車両前後方向に沿うようにして延在する側端部２１Ｅが形成されており、第２基板部２２の車幅方向の右側（矢印Ｒの側）には、車両前後方向に沿うようにして延在する側端部２２Ｅが形成されている。側端部２１Ｅおよび側端部２２Ｅは、スリット２３を介して互いに間隔を空けて対向する関係を有している。

支持板１９は、基板２０の下面側に配置される。支持板１９は、たとえば、アルミニウムまたはアルミニウム合金によって形成されている。フェライト板８Ｆ、ボビン８Ｂおよび受電コイル８は、支持板１９の下面側に配置されている。フェライト板８Ｆは、板状に形成され、厚さ方向ＴＤにおいて配列する表面および裏面を有している。ボビン８Ｂは、受電コイル８とともにフェライト板８Ｆの裏面（下面）上に配置されている。

ボビン８Ｂは、たとえば樹脂から形成され、ボビン８Ｂの下面には図示しないコイル溝が形成されている。受電コイル８は、コイル溝内に配置され、ボビン８Ｂとともにフェライト板８Ｆ上（裏面上）に配置されている。受電コイル８は、厚さ方向ＴＤと平行な方向に延びる巻回軸線Ｏ１の周囲を取り囲むように環状に形成されており、図３に示す例においては、巻回軸線Ｏ１は上下方向に延びている。受電コイル８は、いわゆる渦巻型コイルであり、中央部に開口部８Ｒが形成されている。以上のような構成を有する受電コイル８、ボビン８Ｂ、フェライト板８Ｆ、支持板１９および基板２０が、収容ケース１６の中に収容されている。

（作用および効果）
冒頭で述べたとおり、コイルユニット４は、たとえば車両２の底面（フロアパネル１５の下面）上に固定される。コイルユニット４の収容ケース１６は、車両２の走行中に、路面や路上の岩石等に接触する可能性がある。収容ケース１６が外部との接触により力を受け、その力が基板２０にも作用した場合、特段の対策を施していないと、基板２０に割れや亀裂などの損傷が生じる可能性が高くなる。

特に、収容ケース１６の四方の辺部分を車両２の底面に固定するのではなくて、収容ケース１６のうちの対向する一対の側壁部分（側面１８Ｍ，１８Ｎ）を車両２の底面に固定した場合には、収容ケース１６が、橋渡し状に両端支持されることとなる。収容ケース１６の中央に荷重がかかることによって収容ケース１６に撓み変形が生じるとともに基板２０に曲げ応力が作用した場合には、基板２０に、一対の側壁（側面１８Ｍ，１８Ｎ）と平行な方向に延びる割れや亀裂などが生じやすくなる。

実施の形態におけるコイルユニット４においては、収容ケース１６が、第１方向において対向する一対の側面１８Ｍ，１８Ｎを介して外部の固定部材に固定されているところ、その一方で、基板２０の第１基板部２１および第２基板部２２は、第１方向に対して交差する第２方向に沿って延在するスリット２３によって互いに分割されている。

したがって、コイルユニット４の中央部分が地面等と接触することによって収容ケース１６に撓み変形が生じたとしても、その撓み変形に起因した歪が基板２０の第１基板部２１および第２基板部２２に集中して作用することは基板２０自身が有している分割構造によって抑制されるため、収容ケース１６の内部に配置されている基板２０（第１基板部２１および第２基板部２２）に割れ等が生じることを効果的に抑制することが可能となる。

上述の実施の形態の構成に限られず、第１方向は、任意の方向であればよく、たとえば車両前後方向であってもよい。この場合、ケース本体１８は、第１方向（車両前後方向）において対向する一対の側面を有することとなり、第１基板部２１および第２基板部２２は、第１方向（車両前後方向）に対して交差する第２方向（たとえば車幅方向）に沿って延在するスリット２３によって、互いに分割された構造を有するように構成することができる。

上述の実施の形態の構成に限られず、基板２０は、第１基板部２１および第２基板部２２に加えて、さらに他の１以上の基板部を有するように構成することも可能である。基板２０が複数の基板部から構成される場合であっても、フィルターインダクタのコイル線などでこれらを電気的に接続することによって、複数の基板部やそれらの上に実装された電気素子を有効に動作させることが可能となる。

以上、実施の形態について説明したが、上記の開示内容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。

本明細書のコイルユニットは、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。

１ 非接触充電システム、２ 車両、３，４ コイルユニット、５，１４ 共振器、６ 整流器、７ バッテリ、８ 受電コイル、８Ｂ ボビン、８Ｆ フェライト板、８Ｒ 開口部、９，１３ コンデンサ、１０ 電源、１１ 変換器、１２ 送電コイル、１５ フロアパネル、１６ 収容ケース、１７ 樹脂蓋、１７Ｂ 位置決めピン、１７Ｔ，１８Ｔ 張出部、１８ ケース本体、１８Ａ，１８Ｃ，１８Ｄ，１８Ｆ 固定部、１８Ｍ，１８Ｎ 側面、１９ 支持板、１９Ａ，１９Ｃ，１９Ｄ，１９Ｆ 貫通孔、２０ 基板、２１ 第１基板部、２１Ｅ，２２Ｅ 側端部、２２ 第２基板部、２３ スリット、２５ ボルト、Ｏ１ 巻回軸線、ＴＤ 厚さ方向。

Claims (2)

1. フェライト板と、
   前記フェライト板上に配置されたコイルと、
   前記フェライト板および前記コイルを収容する収容ケースと、
   前記収容ケース内に配置された基板と、を備え、
   前記収容ケースは、第１方向において対向する一対の側面を有し、当該一対の側面には前記収容ケースを外部の固定部材に固定するための複数の固定部が形成されており、
   前記基板は、第１基板部および第２基板部を含み、前記第１基板部および前記第２基板部は、前記第１方向に対して交差する第２方向に沿って延在するスリットによって互いに分割されており、
   前記第１基板部および前記第２基板部の各々は、前記スリットに沿って延在する側端部を有し、前記第１基板部の前記側端部と前記第２基板部の前記側端部とは互いに対向している、
   コイルユニット。
2. 前記第１基板部の前記側端部と前記第２基板部の前記側端部とは、前記第１方向において、前記コイルの端部よりも前記収容ケースの中央に近く配置されている、
   請求項１に記載のコイルユニット。

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