JP7318446B2 - コイルユニット、ワイヤレス送電装置、ワイヤレス受電装置、及びワイヤレス電力伝送システム - Google Patents

コイルユニット、ワイヤレス送電装置、ワイヤレス受電装置、及びワイヤレス電力伝送システム Download PDF

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Description

本発明は、コイルユニット、ワイヤレス送電装置、ワイヤレス受電装置、及びワイヤレス電力伝送システムに関する。
磁界を介したワイヤレス電力伝送を行うワイヤレス電力伝送システムに関する技術の研究、開発が行われている。なお、本明細書において、ワイヤレス電力伝送は、ワイヤレスによる電力の伝送のことである。
これに関し、移動体に搭載されたワイヤレス受電装置に対しワイヤレス電力伝送を行うワイヤレス送電装置であって、設置面を有する底板と、底板上に配置され、ワイヤレス受電装置に備わる受電コイルに電力を供給する送電コイルと、送電コイルを覆うように底板に取り付けられるカバーと、を備え、送電コイルとカバーとの間に空気層が形成されているワイヤレス送電装置が知られている(特許文献1参照)。
国際公開第2012/039077号
ここで、特許文献1に記載されたワイヤレス送電装置では、送電コイルとコンデンサモジュールとは、カバー内において互いに区切られた2つの空間のそれぞれに配置されている。これにより、当該ワイヤレス送電装置は、送電コイルにおいて発生する熱のコンデンサモジュールへの伝達を抑制することができる。しかしながら、カバー内に形成された当該2つの空間の存在により、当該ワイヤレス送電装置は、設置面積を小さくすることが困難な場合があった。
一方、特許文献1に記載されたワイヤレス送電装置の設置面積を小さくする方法として、送電コイルとコンデンサモジュールとをカバー内の1つの空間内に配置する方法が存在する。しかしながら、当該ワイヤレス送電装置に対してこの方法を適用した場合、当該ワイヤレス送電装置は、設置面積を小さくできるものの、送電コイルにおいて発生する熱のコンデンサモジュールへの伝達を抑制することが困難になってしまう。すなわち、当該ワイヤレス送電装置では、コンデンサへの熱の伝達を抑制することと、設置面積を小さくすることとを両立させることは、困難な場合があった。
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、コンデンサへの熱の伝達を抑制しつつ、設置面積を小さくすることができるコイルユニット、ワイヤレス送電装置、ワイヤレス受電装置、及びワイヤレス電力伝送システムを提供することを課題とする。
本発明の一態様は、少なくとも第1軸周りに渦巻き状に導体が巻回されるコイルと、1以上のコンデンサが実装される基板を含み、前記第1軸の軸方向において前記コイルと離間して配置されるコンデンサモジュールと、前記コイルと前記コンデンサモジュールとが内部に配置される筐体と、前記コイルの少なくとも一部と前記筐体の少なくとも一部とを熱的に接続する第1樹脂と、を備え、前記第1樹脂は、前記コンデンサ及び前記基板と離間している、コイルユニットである。
本発明によれば、コンデンサへの熱の伝達を抑制しつつ、設置面積を小さくすることができる。
ワイヤレス電力伝送システム1の構成の一例を示す図である。 コイルユニットCUの構成の一例を示す図である。 筐体BDが開口部HLを有する場合におけるコイルユニットCUの構成の一例を示す図である。 図3に示したコイルユニットCUにおいて、第1空間と第2空間との境界がカバー部CVに近づくほどベース部BSに近づいていることを示す図である。
<実施形態>
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。ここで、実施形態におけるコイルは、ある領域とある物体との少なくとも一方の周囲に巻回された導体、又は、ある領域とある物体との少なくとも一方の周囲に渦巻き状に巻回された導体のことを意味し、当該導体から他の回路へと接続される引き出し線としての導体を含んでいない。
<ワイヤレス電力伝送システムの構成>
以下、図1を参照し、ワイヤレス電力伝送システム1の構成について説明する。図1は、ワイヤレス電力伝送システム1の構成の一例を示す図である。
ワイヤレス電力伝送システム1は、ワイヤレス送電装置10と、ワイヤレス受電装置20を備える。
ワイヤレス送電装置10は、送電ユニット11と、送電コイルユニット12を備える。一方、ワイヤレス受電装置20は、受電コイルユニット21と、受電ユニット22を備える。そして、ワイヤレス受電装置20は、負荷と接続可能である。負荷は、電力の需要状態(貯蔵状態又は消費状態)によって、等価抵抗値が時間とともに変わる抵抗負荷である。図1に示した例では、ワイヤレス受電装置20は、このような負荷として、移動体に搭載されたバッテリーと接続されている。移動体は、例えば、AGV(Automated Guided vehicle;無人搬送車)である。なお、移動体は、無人搬送車に代えて、電気により制御される他の装置であってもよい。また、ワイヤレス受電装置20は、当該バッテリーに代えて、移動体に搭載されたモーターに接続される構成であってもよく、他の負荷に接続される構成であってもよい。また、ワイヤレス受電装置20は、負荷を備える構成であってもよい。
送電ユニット11は、例えば、外部の商用電源と接続され、商用電源から入力される交流電圧を所望の電圧値の直流電圧に変換する。そして、送電ユニット11は、変換した直流電圧を駆動周波数の交流電圧に変換する。送電ユニット11は、送電コイルユニット12に接続されている。送電ユニット11は、駆動周波数の交流電圧を送電コイルユニット12に供給する。
送電ユニット11は、例えば、AC(Alternating Current)/DC(Direct Current)コンバータ、複数のスイッチング素子がブリッジ接続されたスイッチング回路により構成されたインバータ等を備える。なお、送電ユニット11は、AC/DCコンバータに代えて、交流電圧を整流して直流電圧に変換する整流平滑回路と力率改善を行うPFC(Power Factor Correction)回路とを組み合わせた回路を備える構成であってもよく、当該整流平滑回路とスイッチングコンバータ等のスイッチング回路とを組み合わせた回路を備える構成であってもよく、交流電圧を所望の電圧値の直流電圧に変換する他の回路を備える構成であってもよい。また、送電ユニット11は、当該インバータに代えて、直流電圧を交流電圧に変換する他の回路を備える構成であってもよい。
送電コイルユニット12は、ワイヤレス電力伝送用のアンテナとして機能するコイルを、図1において図示しない送電コイルL1として備える。すなわち、送電コイルL1は、送電ユニット11から供給される交流電圧に応じて交流磁界を発生させる。これにより、送電コイルユニット12は、送電コイルL1を介したワイヤレス電力伝送によって電力をワイヤレス受電装置20に送電する。また、送電コイルユニット12は、送電コイルユニット12において送電コイルL1とともに送電側共振回路を構成する回路素子として、図1において図示しないコンデンサを備える。送電コイルユニット12は、送電コイルL1と後述する受電コイルL2との間の磁気的結合を高める磁性体、送電コイルL1が発生させる磁界の外部への漏洩を抑制する電磁気遮蔽体(例えば、金属板等)等を備える構成であってもよい。
送電コイルL1は、例えば、銅、アルミニウム等からなるリッツ線をスパイラル状に巻回したワイヤレス電力伝送用コイルである。本実施形態の送電コイルL1は、移動体の側面と向かい合うように、地面Gの上に設置されている。以下では、一例として、送電コイルL1(すなわち、送電コイルユニット12)が送電ユニット11とともに地面Gの上に設置されている場合について説明する。ただし、図1に示した例では、送電ユニット11と送電コイルユニット12とは、別体である。なお、送電ユニット11と送電コイルユニット12とは、一体に構成されてもよい。
なお、実施形態では、ワイヤレス送電装置10を制御する制御回路は、ワイヤレス送電装置10とワイヤレス受電装置20との間で行われるワイヤレス電力伝送を実現することが可能な制御回路であれば、如何なる回路であってもよい。このため、実施形態では、ワイヤレス送電装置10を制御する制御回路についての説明を省略する。
受電コイルユニット21は、ワイヤレス電力伝送用のアンテナとして機能するコイルを、図1において図示しない受電コイルL2として備える。受電コイルユニット21は、受電コイルL2を介したワイヤレス電力伝送によって電力をワイヤレス送電装置10から受電する。なお、受電コイルユニット21は、受電コイルL2とともに受電側共振回路を構成する回路素子としてのコンデンサを備える。また、受電コイルユニット21は、受電コイルL2と送電コイルL1との間の磁気的結合を高める磁性体、受電コイルL2が発生させる磁界の外部への漏洩を抑制する電磁気遮蔽体(例えば、金属板等)等を備える構成であってもよい。
受電コイルL2は、例えば、銅、アルミニウム等からなるリッツ線をスパイラル状に巻回したワイヤレス電力伝送用コイルである。本実施形態の受電コイルL2は、地面Gの上に設置された送電コイルユニット12の送電コイルL1と向かい合うように、移動体の側面に設置されている。以下では、一例として、受電コイルL2(すなわち、受電コイルユニット21)が受電ユニット22とともに移動体の側面に設置されている場合について説明する。ただし、図1に示した例では、受電コイルユニット21と受電ユニット22とは、別体である。なお、受電コイルユニット21と受電ユニット22とは、一体に構成されてもよい。
受電ユニット22は、受電コイルユニット21に接続され、受電コイルL2から供給される交流電圧を整流して直流電圧に変換する。実施形態では、受電ユニット22は、負荷(図1に示した例では、移動体)と接続されている。受電ユニット22は、負荷と接続されている場合、変換した直流電圧を負荷に供給する。なお、ワイヤレス受電装置20では、受電ユニット22は、充電回路を介して負荷と接続される構成であってもよい。
受電ユニット22は、例えば、交流電圧を整流する整流回路、整流回路により整流された電圧を平滑化して直流電圧に変換する平滑化回路等を備える。なお、受電ユニット22は、他の回路を備える構成であってもよい。
なお、実施形態では、ワイヤレス受電装置20を制御する制御回路は、ワイヤレス送電装置10とワイヤレス受電装置20との間で行われるワイヤレス電力伝送を実現することが可能な制御回路であれば、如何なる回路であってもよい。このため、実施形態では、ワイヤレス受電装置20を制御する制御回路についての説明を省略する。
ここで、実施形態では、送電コイルユニット12の構成は、受電コイルユニット21の構成と同じ構成であってもよく、受電コイルユニット21の構成と異なる構成であってもよい。以下では、一例として、送電コイルユニット12の構成が、受電コイルユニット21の構成と同じ構成である場合について説明する。
そこで、以下では、説明の便宜上、送電コイルユニット12と受電コイルユニット21とを区別する必要がない限り、まとめてコイルユニットCUと称して説明する。また、以下では、説明の便宜上、送電コイルL1と受電コイルL2とを区別する必要がない限り、まとめてコイルLと称して説明する。また、以下では、説明の便宜上、送電コイルユニット12が備える送電側共振回路と、受電コイルユニット21が備える受電側共振回路とを区別する必要がない限り、まとめて共振回路と称して説明する。
<コイルユニットの構成>
以下、図2を参照し、コイルユニットCUの構成について説明する。図2は、コイルユニットCUの構成の一例を示す図である。
ここで、三次元座標系TCは、三次元座標系TCが描かれた図における方向を示す三次元直交座標系である。以下では、説明の便宜上、三次元座標系TCにおけるX軸を、単にX軸と称して説明する。また、以下では、説明の便宜上、三次元座標系TCにおけるY軸を、単にY軸と称して説明する。また、以下では、説明の便宜上、三次元座標系TCにおけるZ軸を、単にZ軸と称して説明する。また、以下では、説明の便宜上、Z軸の正方向を上又は上方向と称し、Z軸の負方向を下又は下方向と称して説明する。
なお、図2は、後述する第1軸AX1を通り、第1軸AX1と平行な面に沿ってコイルユニットCUを切断した場合におけるコイルユニットCUの断面図である。また、図2に示した断面図は、Y軸と平行な面に沿って切断した場合におけるコイルユニットCUの断面図である。また、図2では、図が煩雑になるのを防ぐため、コイルユニットCU内において引き回されているケーブルについては、省略している。また、図2では、図が煩雑になるのを防ぐため、コイルLから引き出される導体についても、省略している。
コイルユニットCUは、筐体BDと、コイルLと、ボビンBBと、コンデンサモジュールCMと、磁性体MBと、金属部材MMと、樹脂PTを備える。
筐体BDは、コイルユニットCUの筐体である。筐体BDは、ベース部BSと、ベース部BSに組み付けられるカバー部CVを有する。
ベース部BSは、筐体BDが有する部材のうち物体を配置可能な面を有する部材である。図2に示した例では、ベース部BSは、平板形状の部材である。なお、ベース部BSの形状は、平板形状に代えて、当該面を有する他の形状であってもよい。以下では、一例として、平板形状であるベース部BSが有する2つの面のそれぞれがZ軸と直交している場合について説明する。
また、ベース部BSは、金属製の部材である。ベース部BSの材質は、例えば、アルミニウムである。なお、ベース部BSの材質は、アルミニウムに代えて、他の金属であってもよい。
ベース部BSの上には、コイルL、ボビンBB、コンデンサモジュールCM、磁性体MB、金属部材MMのそれぞれが配置される。
カバー部CVは、筐体BDが有する部材のうち、ベース部BSの上に配置された物体(すなわち、コイルL、ボビンBB、コンデンサモジュールCM、磁性体MB、金属部材MM等)をベース部BSとともに覆うカバーとなる部材である。すなわち、カバー部CVは、ベース部BSとともに筐体BDの外壁を構成する。カバー部CVがベース部BSに組み付けられた場合、ベース部BSとカバー部CVとの間には、ベース部BSとカバー部CVとによって覆われた空間が形成される。この空間が、筐体BDの内部の空間であり、筐体BD内において当該物体が配置される空間である。換言すると、ベース部BSとカバー部CVとの間に形成される空間は、当該物体を収納する空間である。
また、カバー部CVは、樹脂製の部材である。カバー部CVの材質は、例えば、ポリブチレンテレフタレート樹脂である。なお、カバー部CVの材質は、ポリブチレンテレフタレート樹脂に代えて、他の樹脂であってもよい。
コイルLは、第1軸AX1周りに渦巻き状に導体が巻回されたコイル(すなわち、スパイラルコイル)である。なお、コイルLは、多層コイルであってもよい。ここで、第1軸AX1は、仮想的な軸である。図2に示した例では、コイルLは、ベース部BSの上面と第1軸AX1とが直交するように、筐体BD内に配置されている。すなわち、当該例では、第1軸AX1は、Z軸と平行な軸である。なお、コイルLは、ベース部BSの上面と第1軸AX1とが斜交するように筐体BD内に配置される構成であってもよく、ベース部BSの上面と第1軸AX1とが平行になるように筐体BD内に配置される構成であってもよい。ここで、ベース部BSの上面は、ベース部BSが有する2つの面のうちの上側に位置する面のことである。
また、コイルLは、開口部を有する。このため、コイルLは、コイルLとして巻回された導体と、コイルLが有する開口部とを含む厚みを持った仮想的なコイル面を有すると見做すことができる。コイル面は、コイルLとして巻回された導体の曲がり、歪み等がない場合、第1軸AX1と直交する面となる。図2に示した例では、コイル面は、第1軸AX1と完全に直交する面として描かれている。
なお、コイルLは、互いに平行な2つ以上の仮想的な軸それぞれの周りに渦巻き状に導体が巻回されたコイルであってもよく、ソレノイドコイル等のスパイラルコイル以外のコイルであってもよい。
コイルLは、ボビンBBを介して筐体BD内に配置される。ボビンBBは、導体をコイルLとして巻回する際に導体を固定する治具である。ボビンBBの形状は、導体をコイルLとして巻回する際に導体を固定することが可能な形状であれば、如何なる形状であってもよい。図1に示した例では、ボビンBBの形状は、コイルLとして巻回された導体が巻回されている部位と、当該導体の一部がコイル面から上下方向にずれないように上下からコイルLを挟んでいる部位とを有する形状である。そして、当該例では、ボビンBBの下面は、第1軸AX1の軸方向においてコイルLとコンデンサモジュールCMとの間に位置し、第1軸AX1と直交する面となっている。なお、コイルユニットCUは、ボビンBBを備えない構成であってもよい。この場合、コイルLは、筐体BD内において、何らかの支持部材によって支持される構成であってもよく、筐体BD内における他の物体(例えば、磁性体MB)に対して接着剤等により固定される構成であってもよい。
コンデンサモジュールCMは、1個以上のコンデンサCが実装された基板を含むモジュールである。以下では、一例として、図2に示したように、当該基板として8個のコンデンサCが実装された基板SBをコンデンサモジュールCMが含む場合について説明する。基板SBは、8個のコンデンサCが実装される第1主面M1と、第1主面M1と対向する第2主面M2を有する平板形状の基板である。なお、基板SBは、平板形状に代えて、第1主面M1を有する他の形状であってもよい。
また、コンデンサモジュールCMは、筐体BD内において、第1軸AX1の軸方向においてコイルLと離間して配置されている。図2に示した例では、コンデンサモジュールCMは、コイルLよりも下側に位置している。また、当該例では、コンデンサモジュールCMは、第1主面M1及び第2主面M2のそれぞれが第1軸AX1と直交するように、筐体BD内に配置されている。そして、当該例では、コンデンサモジュールCMは、第1軸AX1の軸方向において第1主面M1が第2主面M2よりもコイルLと反対側に位置するように、筐体BD内に配置されている。これにより、コイルユニットCUは、第1軸AX1の軸方向において第2主面M2が第1主面M1よりもコイルLと反対側に位置する場合と比較して、コイルLにおいて発生した熱がコンデンサCに伝達してしまうことを抑制することができる。なお、第1主面M1と第2主面M2とのそれぞれは、第1軸AX1と斜交するように配置される構成であってもよい。
また、コンデンサモジュールCMは、隔離層を挟んでコイルLと離間している。ここで、隔離層は、気体と真空との少なくとも一方の層のことである。当該気体は、例えば、空気であってもよく、窒素等の空気以外の気体であってもよい。
磁性体MBは、送電コイルL1と受電コイルL2との間の磁気的結合を高める磁性体の一例である。磁性体MBは、例えば、フェライトである。なお、磁性体MBは、フェライトに代えて、他の磁性体であってもよい。
磁性体MBは、筐体BD内において、コイルLとコンデンサモジュールCMとの間に位置する。すなわち、磁性体MBは、第1軸AX1の軸方向において、ボビンBBに巻回されたコイルLと離間して配置されている。図2に示した例では、磁性体MBは、コイルLとしての導体が巻回されたボビンBBの下側に位置している。
また、図2に示した例では、磁性体MBの形状は、平板形状である。なお、磁性体MBの形状は、平板形状に代えて、送電コイルL1と受電コイルL2との間の磁気的結合を高めることが可能な形状であれば、円板状等の他の形状であってもよい。以下では、説明の便宜上、磁性体MBの上面を第3主面M3と称し、磁性体MBの下面を第4主面M4と称して説明する。磁性体MBの上面は、磁性体MBが有する面のうちの上側に位置する面のことである。また、磁性体MBの下面は、磁性体MBが有する面のうちの下側に位置する面のことである。
また、図2に示した例では、第3主面M3とボビンBBの下面とは接面している。すなわち、当該例において、第3主面M3と第4主面M4とのそれぞれは、第1軸AX1と直交する面である。このため、第3主面M3及び第4主面M4は、コイルLのコイル面と対向している。なお、第3主面M3とボビンBBの下面との間の一部又は全部は、互いに接触(又は接面)していない構成であってもよい。この場合、第3主面M3とボビンBBの下面との間に位置する間隙の少なくとも一部には、接着剤等の他の物体が位置する構成であってもよい。すなわち、第3主面M3とボビンBBとは、互いに接着剤等によって接着されている構成であってもよい。
金属部材MMは、筐体BD内において、コンデンサモジュールCMの収容、コイルLから発生した熱の放熱等を行う部材である。また、図2に示した例では、金属部材MMは、筐体BD内において、コイルLを下から支持している。より具体的には、当該例では、金属部材MMは、磁性体MB及びボビンBBを介してコイルLを支持している。
金属部材MMの材質は、例えば、アルミニウムである。なお、金属部材MMの材質は、アルミニウムに代えて、他の金属であってもよい。
ここで、金属部材MMは、平板部FMと、突出部PRを有する。
平板部FMは、金属部材MMが有する部位のうち、筐体BD内においてコンデンサモジュールCMを収容する空間を形成する部位の1つである。更に、図2に示した例では、平板部FMは、筐体BD内においてコイルLを支持している。すなわち、平板部FMは、筐体BD内においてコンデンサモジュールCMを収容する空間の天井を形成している。図2に示した例では、平板部FMの形状は、平板形状である。なお、平板部FMの形状は、平板形状に代えて、筐体BD内においてコンデンサモジュールCMを収容する空間を形成可能(すなわち、当該天井を形成可能)な他の形状であってもよい。
平板部FMは、第1軸AX1の軸方向においてコイルLとコンデンサモジュールCMとの間に位置する。図2に示した例では、平板部FMは、平板部FMの上面及び下面のそれぞれが第1軸AX1の軸方向と直交するように、筐体BD内に配置されている。換言すると、当該例では、金属部材MMは、平板部FMの上面及び下面のそれぞれが第1軸AX1と直交するように、筐体BD内に配置されている。そして、当該例では、平板部FMの上面は、磁性体MBの第4主面M4と接面している。ここで、平板部FMの上面は、平板部FMが有する2つの面のうちの上側に位置する面のことである。また、平板部FMの下面は、平板部FMが有する2つ面のうちの下側に位置する面のことである。なお、筐体BD内において、平板部FMの上面及び下面は、第1軸AX1と斜交する構成であってもよい。また、平板部FMの上面と第4主面M4との間の一部又は全部は、互いに接触(又は接面)していない構成であってもよい。この場合、平板部FMの上面と第4主面M4との間に位置する間隙の少なくとも一部には、接着剤等の他の物体が位置する構成であってもよい。すなわち、平板部FMの上面と第4主面M4とは、互いに接着剤等によって接着されている構成であってもよい。
突出部PRは、金属部材MMが有する部位のうち、筐体BD内においてコンデンサモジュールCMを収容する空間を平板部FMとともに形成する部位のことである。また、突出部PRは、金属部材MMを筐体BDに接続する部位(謂わば、金属部材MMの脚となる部位)のことである。また、突出部PRは、筐体BD内において、第1軸AX1の軸方向のうちコイルLからコンデンサモジュールCMに向かう方向、すなわち、Z軸の負方向に向かって平板部FMから突出する部位のことである。図2に示した例では、金属部材MMは、第1突出部PR1と第2突出部PR2との2つの突出部を、突出部PRとして有している。また、当該例では、第1突出部PR1は、第1軸AX1と直交する方向のうちのY軸の負方向側における平板部FMの端部からZ軸の負方向に向かって突出している。また、当該例では、第2突出部PR2は、第1軸AX1と直交する方向のうちのY軸の正方向側における平板部FMの端部からZ軸の負方向に向かって突出している。そして、当該例では、第1突出部PR1及び第2突出部PR2のそれぞれは、金属部材MMを筐体BDのベース部BSに接続している。
平板部FMの下面と、第1突出部PR1と、第2突出部PR2とによって囲まれた空間には、何らかの物体を配置することができる。このため、コイルユニットCUでは、この空間には、図2に示すように、コンデンサモジュールCMが配置される。すなわち、金属部材MMは、このようにして、コンデンサモジュールCMの収容を行う。これにより、コイルユニットCUは、コイルLとコンデンサモジュールCMとを筐体BD内において1つの空間内に配置することができ、その結果、設定面積を小さくすることができる。
また、平板部FMの下面と第2主面M2とは、所定距離離間している。所定距離は、当該空間が前述の隔離層となり得る距離であれば、如何なる距離であってもよい。これにより、コイルLとコンデンサモジュールCMは、前述した通り、隔離層を挟んで離間している。当該空間内にコンデンサモジュールCMを配置するためには、コンデンサモジュールCMを何らかの支持部材によって支持する必要がある。例えば、コンデンサモジュールCMは、何らかの支持部材によってベース部BSの上面と接続される構成であってもよい。また、例えば、コンデンサモジュールCMは、何らかの支持部材によって平板部FMと接続されてもよい。図2に示した例では、平板部FMの下面には、平板部FMとコンデンサモジュールCMの基板SBの第2主面M2との間を接続する支持部材を介してコンデンサモジュールCMが当該空間内に設けられている。当該支持部材の材質は、コイルLにおいて発生した熱がコンデンサCに伝達されないように、熱伝導率が低い材質であるほど望ましい。当該例では、当該支持部材は、棒状の部材であるが、これに限られるわけではない。ただし、当該支持部材の形状は、平板部FMとコンデンサモジュールCMの基板SBの第2主面M2との間の全空間を埋め尽くす形状であってはならない。何故なら、この場合、平板部FMの下面と第2主面M2との間に隔離層が形成されなくなってしまい、コイルLにおいて発生した熱がコンデンサCに対して伝達されやすくなってしまうためである。このため、当該支持部材は、コンデンサモジュールCMを支持可能であることを前提として、小さいほど望ましい。このように、実施形態では、コイルLからコンデンサモジュールCMへの熱の伝達が無視できるようになる程度に大きさが小さい支持部材によりコンデンサモジュールCMが平板部FMと接続されている状態も、コイルLとコンデンサモジュールCMが隔離層を挟んで離間している状態として扱う。
樹脂PTは、コイルLの少なくとも一部と筐体BDの少なくとも一部とを熱的に接続する。ここで、実施形態では、樹脂PTがある物体X1と他の物体X2とを熱的に接続することは、物体X1と物体X2との間において熱伝導が生じるように樹脂PTが物体X1と物体X2とのそれぞれに対して接触していることを意味する。また、実施形態では、樹脂PTが物体X1と熱的に接続することは、物体X1と樹脂PTとの間において熱伝導が生じるように樹脂PTが物体X1に対して接触していることを意味する。また、実施形態では、樹脂PTが物体X1と熱的に接続し、且つ、樹脂PTが物体X2と熱的に接続していることは、樹脂PTが物体X1と物体X2とを熱的に接続していることを意味する。なお、物体X1と物体X2とのそれぞれは、如何なる物体であってもよく、例えば、コイルL、筐体BD、磁性体MB、金属部材MM等のことである。
換言すると、筐体BD内では、コイルLの少なくとも一部と筐体BDの少なくとも一部とが、樹脂PTによって熱的に接続されている。また、筐体BD内では、樹脂PTは、磁性体MBの少なくとも一部とも熱的に接続している。また、筐体BD内では、樹脂PTは、金属部材MMの少なくとも一部と熱的に接続している。ただし、樹脂PTは、コンデンサC及び基板SBと隔離層を挟んで離間している。すなわち、樹脂PTは、コンデンサC及び基板SBと隔離層を挟んで空間的に離れている。なお、実施形態では、樹脂PTがコンデンサC及び基板SBと隔離層を挟んで空間的に離れていることは、樹脂PTとコンデンサCとが互いに接触しておらず、且つ、樹脂PTと基板SBとが互いに接触していないことを意味する。このため、樹脂PTは、コンデンサC及び基板SBと熱的に接続していない。これらにより、コイルユニットCUは、コイルLにおいて発生した熱のコンデンサCへの樹脂PTを介した伝達を抑制することができる。また、これにより、コイルユニットCUは、カバー部CVへと樹脂PTを介して当該熱を伝達し、金属部材MMを介してベース部BSへ伝達する当該熱の量を少なくすることができる。
例えば、筐体BD内において、樹脂PTは、筐体BD内の一部に充填され、筐体BDの少なくとも一部と、コイルLの少なくとも一部と、磁性体MBの少なくとも一部と、金属部材MMの少なくとも一部とを熱的に接続する。図2に示した例では、樹脂PTは、コイルLと、磁性体MBと、金属部材MMの平板部FMと、金属部材MMの突出部PRの一部とのそれぞれを覆い、且つ、コンデンサモジュールCMを覆わないように筐体BD内に充填されている。このため、当該例では、平板部FMの下面の全面が樹脂PTと熱的に接続している。換言すると、平板部FMの下面の全面が樹脂PTにより覆われている。これにより、コイルユニットCUは、コイルLにおいて発生した熱のコンデンサCへの伝達を、より効率よく抑制することができる。また、これにより、コイルユニットCUは、カバー部CVへ伝達される当該熱の量を増大させ、金属部材MMを介してベース部BSへ伝達する当該熱の量を、より確実に少なくすることができる。なお、図2に示した例において、平板部FMの下面のうちの少なくとも一部は、樹脂PTと熱的に接続しない構成であってもよい。換言すると、平板部FMの下面のうちの少なくとも一部は、樹脂PTにより覆われていない構成であってもよい。この場合であっても、コイルユニットCUは、カバー部CVへ伝達される当該熱の量を増大させることができる。
ここで、筐体BD内への樹脂PTの充填態様は、コイルユニットCUの通常使用時において、コイルLにおいて発生した熱によってベース部BSの温度よりカバー部CVの温度が高くなる充填態様であることが望ましい。これは、樹脂製であるカバー部CVと人とがある時間熱的に接触した場合においてある温度のカバー部CVから人に伝わる熱量よりも、金属製であるベース部BSと人とが当該時間熱的に接触した場合において当該温度のベース部BSから人に伝わる熱量の方が多いためである。このような充填態様の一例が、図2に示した樹脂PTの充填態様である。具体的には、当該充填態様は、筐体BD内の空間のうちコンデンサモジュールCMを含む空間に対してのみベース部BSが面しており、当該空間内に樹脂PTが充填されない樹脂PTの充填態様である。以下では、説明の便宜上、筐体BD内の空間のうち、樹脂PTが充填されている空間を第1空間と称し、樹脂PTが充填されていない空間を第2空間と称して説明する。すなわち、図2に示した例では、コイルユニットCUにおいて、コンデンサモジュールCMが第2空間内に配置されており、コイルLが巻回されたボビンBB、磁性体MB、金属部材MMの一部が第1空間内に配置されている。なお、コイルユニットCUの通常使用時において、コイルLにおいて発生した熱によってベース部BSの温度よりカバー部CVの温度が高くなるような樹脂PTの充填態様は、トライアンドエラーによって見つけることもできるが、熱シミュレーションによって見つけることもできる。
このように、図2に示した例では、コイルLが巻回されたボビンBB、磁性体MB、金属部材MMの一部が第1空間内に配置されている。このため、コイルLが巻回されたボビンBBは、樹脂PTによって磁性体MBに対して相対的に動かないように固定されている。また、磁性体MBは、樹脂PTによって金属部材MMに対して動かないように固定されている。すなわち、コイルLが巻回されたボビンBBは、樹脂PTによって金属部材MMに対して動かないように固定されている。換言すると、コイルLは、樹脂PTによって磁性体MBに対して動かないように固定されている。また、コイルLは、樹脂PTによって金属部材MMに対して動かないように固定されている。その結果、コイルユニットCUは、コイルL、磁性体MB、金属部材MMのそれぞれが互いに相対的に動かないように固定する部材を取り付ける必要がない。
なお、樹脂PTは、例えば、紐状の樹脂であってもよい。この場合、樹脂PTは、筐体BD内の空間の一部に充填されずに、コイルLの少なくとも一部と筐体BDの少なくとも一部とを熱的に接続する。また、当該場合、樹脂PTは、筐体BD内の空間の一部に充填されずに、磁性体MBの少なくとも一部と筐体BDの少なくとも一部とを熱的に接続する。また、当該場合、樹脂PTは、筐体BD内の空間の一部に充填されずに、金属部材MMの少なくとも一部と筐体BDの少なくとも一部とを熱的に接続する。
また、筐体BDにおいて、樹脂PTは、磁性体MBの少なくとも一部と、金属部材MMの少なくとも一部とのいずれか一方又は両方と熱的に接続しない構成であってもよい。
樹脂PTは、例えば、ポリウレタン系の樹脂である。なお、樹脂PTは、ポリウレタン系の樹脂に代えて、他の樹脂であってもよい。ただし、樹脂PTは、コイルLにおいて発生した熱をカバー部CVに伝達し易くするため、熱伝導率が高い樹脂が望ましい。
また、第1空間に樹脂PTが充填される際、コイルLとボビンBBとの間の少なくとも一部にも、樹脂PTが入り込む。すなわち、コイルLとボビンBBとの間の少なくとも一部は、樹脂PTによって埋められる。これにより、コイルユニットCUは、コイルにおいて発生する熱を、より効率よくカバー部CVへと伝達することができる。ただし、コイルLとボビンBBとの間の少なくとも一部を埋める樹脂PTは、コイルLの少なくとも一部と筐体BDの少なくとも一部とを熱的に接続する樹脂PTと熱的に接続されていない構成であってもよく、コイルLの少なくとも一部と筐体BDの少なくとも一部とを熱的に接続する樹脂PTと熱的に接続されている構成であってもよい。
また、コイルユニットCUがボビンBBを備えない場合、例えば、コイルLは、磁性体MBの第3主面M3に設けられる。この場合において第1空間に樹脂PTが充填されると、コイルLと磁性体MBとの間の少なくとも一部にも、樹脂PTが入り込む。すなわち、コイルLと磁性体MBとの間の少なくとも一部は、樹脂PTによって埋められる。これにより、コイルユニットCUは、当該場合であっても、コイルにおいて発生する熱を、より効率よくカバー部CVへと伝達することができる。ただし、コイルLと磁性体MBとの間の少なくとも一部を埋める樹脂PTは、コイルLの少なくとも一部と筐体BDの少なくとも一部とを熱的に接続する樹脂PTと熱的に接続されていない構成であってもよく、コイルLの少なくとも一部と筐体BDの少なくとも一部とを熱的に接続する樹脂PTと熱的に接続されている構成であってもよい。コイルLと磁性体MBとの間の少なくとも一部を埋める樹脂PTは、第2樹脂の一例である。
また、第1空間に樹脂PTが充填される際、磁性体MBと金属部材MMとの間の少なくとも一部にも、樹脂PTが入り込む。すなわち、磁性体MBと金属部材MMとの間の少なくとも一部は、樹脂PTによって埋められる。これにより、コイルユニットCUは、コイルにおいて発生する熱を、より効率よくカバー部CVへと伝達することができる。ただし、磁性体MBと金属部材MMとの間の少なくとも一部を埋める樹脂PTは、コイルLの少なくとも一部と筐体BDの少なくとも一部とを熱的に接続する樹脂PTと熱的に接続されていない構成であってもよく、コイルLの少なくとも一部と筐体BDの少なくとも一部とを熱的に接続する樹脂PTと熱的に接続されている構成であってもよい。磁性体MBと金属部材MMとの間の少なくとも一部を埋める樹脂PTは、第3樹脂の一例である。
また、コイルユニットCUがボビンBB及び磁性体MBを備えない場合、例えば、コイルLは、金属部材MMの平板部FMの上面に設けられる。この場合において第1空間に樹脂PTが充填される際、コイルLと金属部材MMとの間の少なくとも一部にも、樹脂PTが入り込む。すなわち、コイルLと金属部材MMとの間の少なくとも一部は、樹脂PTによって埋められる。これにより、コイルユニットCUは、コイルにおいて発生する熱を、より効率よくカバー部CVへと伝達することができる。ただし、コイルLと金属部材MMとの間の少なくとも一部を埋める樹脂PTは、コイルLの少なくとも一部と筐体BDの少なくとも一部とを熱的に接続する樹脂PTと熱的に接続されていない構成であってもよく、コイルLの少なくとも一部と筐体BDの少なくとも一部とを熱的に接続する樹脂PTと熱的に接続されている構成であってもよい。
また、コイルユニットCUが磁性体MBを備えない場合、例えば、コイルLが巻回されたボビンBBは、金属部材MMの平板部FMの上面に設けられる。この場合において第1空間に樹脂PTが充填される際、ボビンBBと金属部材MMとの間の少なくとも一部にも、樹脂PTが入り込む。すなわち、ボビンBBと金属部材MMとの間の少なくとも一部は、樹脂PTによって埋められる。これにより、コイルユニットCUは、コイルにおいて発生する熱を、より効率よくカバー部CVへと伝達することができる。ただし、ボビンBBと金属部材MMとの間の少なくとも一部を埋める樹脂PTは、コイルLの少なくとも一部と筐体BDの少なくとも一部とを熱的に接続する樹脂PTと熱的に接続されていない構成であってもよく、コイルLの少なくとも一部と筐体BDの少なくとも一部とを熱的に接続する樹脂PTと熱的に接続されている構成であってもよい。
なお、コイルユニットCUの筐体BDには、図3に示すように、コンデンサモジュールCMと筐体BDの外部とを電気的に接続するケーブルCAが通る開口部HLを有する構成であってもよい。図3は、筐体BDが開口部HLを有する場合におけるコイルユニットCUの構成の一例を示す図である。また、図3は、第1軸AX1を通り、第1軸AX1と平行な面に沿って当該場合におけるコイルユニットCUを切断した場合におけるコイルユニットCUの断面図である。なお、図3に示した断面図は、図2に示した断面図と異なり、X軸と平行な面に沿ってコイルユニットCUを切断した場合におけるコイルユニットCUの断面図である。このため、図3では、図2に示した突出部PR(すなわち、第1突出部PR1及び第2突出部PR2)は、見えていない。
開口部HLは、筐体BDのカバー部CVに形成される。図3に示した例では、開口部HLは、カバー部CVの外面のうちY軸の正方向側の外面と筐体BDの内部の空間とを繋ぐように、カバー部CVに形成されている。そして、開口部HLには、筐体BDの外部から筐体BDの内部へとケーブルCAを通すための部材が取り付けられている。また、当該例では、コンデンサモジュールCMの基板SBとケーブルCAとが配線によって繋がれている。この配線は、第2空間から樹脂PTの一部を貫通してケーブルCAと電気的に接続されている。
また、図3に示した例では、開口部HLは、筐体BDの外部と第1空間を繋ぐように、カバー部CVに形成されている。このため、開口部HLは、筐体BDの内部において樹脂PTにより覆われている。これにより、コイルユニットCUは、開口部HLを通して筐体BDの外部から水等の液体や塵等の異物が筐体BD内に入り込んでしまうことを抑制することができる。
また、図4に示したように、筐体BD内において、第1空間と第2空間との境界は、カバー部CVに近づくほどベース部BSに近づく構成であってもよい。図4は、図3に示したコイルユニットCUにおいて、第1空間と第2空間との境界がカバー部CVに近づくほどベース部BSに近づいていることを示す図である。この構成により、コイルユニットCUは、樹脂PTの熱膨張係数とカバー部CVの熱膨張係数と違いによって樹脂PTがカバー部CVから剥離してしまうことを抑制することができる。すなわち、この構成により、コイルユニットCUは、熱衝撃に対する耐性を強くすることができる。
以上のように、実施形態に係るコイルユニット(上記において説明した例では、コイルユニットCU、送電コイルユニット12、受電コイルユニット21)は、少なくとも第1軸(上記において説明した例では、第1軸AX1)周りに渦巻き状に導体が巻回されるコイル(上記において説明した例では、コイルL、送電コイルL1、受電コイルL2)と、1以上のコンデンサ(上記において説明した例では、8個のコンデンサC)が実装される基板(上記において説明した例では、基板SB)を含み、第1軸の軸方向においてコイルと離間して配置されるコンデンサモジュール(上記において説明した例では、コンデンサモジュールCM)と、コイルとコンデンサモジュールとが内部に配置される筐体(上記において説明した例では、筐体BD)と、前記コイルの少なくとも一部と前記筐体の少なくとも一部とを熱的に接続する第1樹脂(上記において説明した例では、樹脂PT)と、を備え、コイルの少なくとも一部と筐体の少なくとも一部とは、第1樹脂(上記において説明した例では、樹脂PT)によって接続されており、第1樹脂は、コンデンサ及び基板と離間している。これにより、コイルユニットは、コンデンサへの熱の伝達を抑制しつつ、設置面積を小さくすることができる。
また、コイルユニットでは、第1樹脂は、前記筐体内の一部に充填され、コイルの少なくとも一部と筐体の少なくとも一部とを熱的に接続する、構成が用いられてもよい。
また、コイルユニットCUは、筐体内に配置され、第1軸の軸方向においてコイルとコンデンサモジュールとの間に位置する磁性体(上記において説明した例では、磁性体MB)と、筐体内に配置される金属部材(上記において説明した例では、金属部材MM)と、を備え、金属部材は、第1軸の軸方向においてコイルとコンデンサモジュールとの間に位置する平板部(上記において説明した例では、平板部FM)と、第1軸の軸方向のうちコイルからコンデンサモジュールに向かう方向(上記において説明した例では、Z軸の負方向)に向かって平板部から突出する突出部(上記において説明した例では、突出部PR、第1突出部PR1、第2突出部PR2)と、を有し、筐体は、突出部が接続されるベース部(上記において説明した例では、ベース部BS)と、ベース部に対して組み付けられて、コイル、コンデンサモジュール、磁性体、金属部材を収納する空間を形成するカバー部(上記において説明した例では、カバー部CV)とを有し、第1樹脂は、コイルの少なくとも一部と、磁性体の少なくとも一部と、金属部材の少なくとも一部と、前記筐体の少なくとも一部とを熱的に接続する、構成が用いられてもよい。
また、コイルユニットCUでは、第1樹脂は、筐体内の一部に充填され、コイルの少なくとも一部と、磁性体の少なくとも一部と、金属部材の少なくとも一部と、筐体の少なくとも一部とを熱的に接続する、構成が用いられてもよい。
また、コイルユニットCUでは、筐体内の空間のうち第1樹脂が充填されている第1空間と、筐体内の空間のうち第1樹脂が充填されていない第2空間との境界は、カバー部に近づくほどベース部に近づく、構成が用いられてもよい。
また、コイルユニットCUでは、筐体内への第1樹脂の充填態様は、コイルにおいて発生した熱によってベース部の温度よりカバー部の温度が高くなる充填態様である、構成が用いられてもよい。
また、コイルユニットCUでは、コイルと磁性体との間の少なくとも一部は、第2樹脂(上記において説明した例では、コイルLと磁性体MBとの間の少なくとも一部を埋める樹脂PT)によって埋められている、構成が用いられてもよい。
また、コイルユニットCUでは、磁性体と金属部材との間の少なくとも一部は、第3樹脂(上記において説明した例では、磁性体MBと金属部材MMとの間の少なくとも一部を埋める樹脂PT)によって埋められている、構成が用いられてもよい。
また、コイルユニットCUでは、前記第1樹脂は、平板部が有する面のうちコンデンサモジュール側の面(上記において説明した例では、平板部FMの下面)の少なくとも一部と熱的に接続する、構成が用いられてもよい。
また、コイルユニットCUでは、コンデンサモジュールは、1以上のコンデンサが配置された第1主面(上記において説明した例では、第1主面M1)と、第1主面と対向する第2主面(上記において説明した例では、第2主面M2)とを有する基板(上記において説明した例では、基板SB)を備え、第1主面は、第1軸の軸方向において第2主面よりもコイルと反対側に位置する、構成が用いられてもよい。
また、コイルユニットCUでは、筐体は、コンデンサモジュールと筐体の外部とを接続するケーブル(上記において説明した例では、ケーブルCA)が通る開口部(上記において説明した例では、開口部HL)を有し、開口部は、筐体の内部において第1樹脂により覆われている、構成が用いられてもよい。
以上、この発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない限り、変更、置換、削除等されてもよい。
1…ワイヤレス電力伝送システム、10…ワイヤレス送電装置、11…送電ユニット、12…送電コイルユニット、20…ワイヤレス受電装置、21…受電コイルユニット、22…受電ユニット、AGV…移動体、AX1…第1軸、BB…ボビン、BD…筐体、BS…ベース部、C…コンデンサ、CA…ケーブル、CM…コンデンサモジュール、CU…コイルユニット、CV…カバー部、FM…平板部、G…地面、HL…開口部、L…コイル、L1…送電コイル、L2…受電コイル、M1…第1主面、M2…第2主面、M3…第3主面、M4…第4主面、MB…磁性体、MM…金属部材、PR…突出部、PR1…第1突出部、PR2…第2突出部、PT…樹脂、SB…基板、TC…三次元座標系

Claims (13)

  1. 少なくとも第1軸周りに渦巻き状に導体が巻回されるコイルと、
    1以上のコンデンサが実装される基板を含み、前記第1軸の軸方向において前記コイルと離間して配置されるコンデンサモジュールと、
    前記コイルと前記コンデンサモジュールとが内部に配置される筐体と、
    前記コイルの少なくとも一部と前記筐体の少なくとも一部とを熱的に接続する第1樹脂と、
    前記筐体内に配置され、前記第1軸の軸方向において前記コイルと前記コンデンサモジュールとの間に位置する磁性体と、
    前記筐体内に配置される金属部材と、
    を備え、
    前記第1樹脂は、前記コンデンサ及び前記基板と離間しており
    前記金属部材は、前記第1軸の軸方向において前記コイルと前記コンデンサモジュールとの間に位置する平板部と、前記第1軸の軸方向のうち前記コイルから前記コンデンサモジュールに向かう方向に向かって前記平板部から突出する突出部とを有し、
    前記筐体は、前記突出部が接続されるベース部と、前記ベース部に対して組み付けられて、前記コイル、前記コンデンサモジュール、前記磁性体、前記金属部材を収納する空間を形成するカバー部とを有し、
    前記第1樹脂は、前記コイルの少なくとも一部と、前記磁性体の少なくとも一部と、前記金属部材の少なくとも一部と、前記筐体の少なくとも一部とを熱的に接続する、
    コイルユニット。
  2. 前記第1樹脂は、前記筐体内の一部に充填され、前記コイルの少なくとも一部と前記筐体の少なくとも一部とを熱的に接続する、
    請求項1に記載のコイルユニット。
  3. 前記第1樹脂は、前記筐体内の一部に充填され、前記コイルの少なくとも一部と、前記磁性体の少なくとも一部と、前記金属部材の少なくとも一部と、前記筐体の少なくとも一部とを熱的に接続する、
    請求項に記載のコイルユニット。
  4. 前記筐体内の空間のうち前記第1樹脂が充填されている第1空間と、前記筐体内の空間のうち前記第1樹脂が充填されていない第2空間との境界は、前記カバー部に近づくほど前記ベース部に近づく、
    請求項に記載のコイルユニット。
  5. 前記筐体内への前記第1樹脂の充填態様は、前記コイルにおいて発生した熱によって前記ベース部の温度より前記カバー部の温度が高くなる充填態様である、
    請求項又は記載のコイルユニット。
  6. 前記コイルと前記磁性体との間の少なくとも一部は、第2樹脂によって埋められている、
    請求項からのうちいずれか一項に記載のコイルユニット。
  7. 前記磁性体と前記金属部材との間の少なくとも一部は、第3樹脂によって埋められている、
    請求項からのうちいずれか一項に記載のコイルユニット。
  8. 前記第1樹脂は、前記平板部が有する面のうち前記コンデンサモジュール側の面の少なくとも一部と熱的に接続する、
    請求項からのうちいずれか一項に記載のコイルユニット。
  9. 前記コンデンサモジュールは、前記1以上のコンデンサが配置された第1主面と、前記第1主面と対向する第2主面とを有する基板を備え、
    前記第1主面は、前記第1軸の軸方向において前記第2主面よりも前記コイルと反対側に位置する、
    請求項1からのうちいずれか一項に記載のコイルユニット。
  10. 前記筐体は、前記コンデンサモジュールと前記筐体の外部とを接続するケーブルが通る開口部を有し、
    前記開口部は、前記筐体の内部において前記第1樹脂により覆われている、
    請求項1からのうちいずれか一項に記載のコイルユニット。
  11. 請求項1から10のうちいずれか一項に記載のコイルユニットを備える、
    ワイヤレス送電装置。
  12. 請求項1から10のうちいずれか一項に記載のコイルユニットを備える、
    ワイヤレス受電装置。
  13. ワイヤレス送電装置と、ワイヤレス受電装置とを備えるワイヤレス電力伝送システムであって、
    前記ワイヤレス送電装置と前記ワイヤレス受電装置との少なくとも一方は、請求項1から10のうちいずれか一項に記載のコイルユニットを備える、
    ワイヤレス電力伝送システム。
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