JPH07245223A - 内部冷却された電気自動車充電用変成器 - Google Patents

内部冷却された電気自動車充電用変成器

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JPH07245223A
JPH07245223A JP6270053A JP27005394A JPH07245223A JP H07245223 A JPH07245223 A JP H07245223A JP 6270053 A JP6270053 A JP 6270053A JP 27005394 A JP27005394 A JP 27005394A JP H07245223 A JPH07245223 A JP H07245223A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、自動車のバッテリ充電用変成器の
２次巻線付近から熱を有効に除去することのできる充電
用変成器を提供することを目的とする。 【構成】 １次巻線を有し、固定した交流電源に接続さ
れる変成器の１次側部分を構成する誘導型充電結合器16
と、この結合器16を受けるスロットと、このスロットに
近接する２次巻線30, 32と、２次巻線に近接して配置さ
れ流体通路と冷却した流体のための熱交換器40, 42とを
備えた自動車に取付けられ変成器の２次側部分を構成す
る誘導型充電受け部と、誘導型充電結合器が誘導型充電
受け部のスロットに挿入されたとき１次および２次巻線
を通る磁気回路を完成する磁気コア20, 22, 24とを備
え、自動車が固定電源から離れることができるように変
成器の誘導型充電結合器は誘導型充電受け部から分離可
能であることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電気自動車充電変成器
の内部冷却に関するものである。電気自動車のバッテリ
は変成器を構成する磁気結合により外部電源から充電さ
れる。変成器の２次側誘導型充電受け部は自動車上に設
けられている。２次側受け部の冷却はそれに近接して位
置するように冷却流体を循環させ、冷却された流体を循
環することによって２次側受け部から熱を除去するよう
に接続されている熱交換器により達成される。
【０００２】
【従来の技術】大気汚染を少なくするために、現在、電
気自動車が注目されている。これらの電気自動車は再充
電可能なバッテリを有する。各自動車では、バッテリの
電力は自動車を駆動するために使用され、またその他の
必要な電力を与えるために使用される。このような自動
車の設計は積載負荷、性能、充電間の距離、加速度、速
度の間で慎重にバランスさせなければならない。これら
の基準の組合わせがどうであっても、周期的なバッテリ
の再充電が必要とされ、従って自動車がさらに別野経路
を採らなければならない場合も生じる。十分に大きなバ
ッテリ容量の場合には相当量の電力で再充電する必要が
ある。自動車が利用できない時間が最小にされるべきで
あるので、高速度の充電が所望される。通常のプラグが
使用されたならば、プラグは高電力に適していなければ
ならず、これは電力供給システムの部品との接触部と近
接するオペレ−タその他の人に危険をもたらす。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従って、直接の電気伝
導を必要としない充電ステーションと自動車との間の結
合を行うことが望ましく、磁気結合が望ましい。本発明
によると誘導型充電結合器は手作業で処理され、自動車
の適切な誘導型充電受け部のスロットに挿入される。誘
導型充電結合器は１次変成器と適切な磁気コアとを備え
ている。自動車の誘導型充電受け部は磁気コアの残りの
部分および２次巻線を備えている。変成器の２次側部分
を構成している受け部は適切な電気装置により充電用の
バッテリに接続されている。
【０００４】周波数は通常の電力ラインの周波数よりも
非常に高いことが好ましく、高速度の充電では１０キロ
ワット以上である。その結果結合システムに損失が存在
するため発熱する。変成器巻線と、磁気コアと、誘導結
合された変成器の容器内に含まれる他の電子装置から発
生される熱量は５０ワットを越える可能性がある。内部
温度が接続装置容器で使用される材料の動作温度範囲を
越えないように誘電型充電変成器全体を冷却するのが望
ましい。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明を理解しやすくす
るため、要約して説明すると、本発明は、２次巻線近傍
に循環流体熱交換器を配置することにより電気自動車の
充電変成器の誘導型充電受け部中の２次巻線を冷却し、
循環流体により２次巻線付近から熱を除去することを特
徴とする。
【０００６】すなわち、本発明の自動車バッテリ充電用
システムは、分離可能な冷却された１次誘導型充電結合
器を具備する変成器を備え、したがって１次誘導型充電
結合器は固定電源から給電され、磁気回路と電気的２次
回路を付勢するため変成器の誘導型充電受け部に挿入さ
れる。
【０００７】本発明の別の特徴は、２次巻線付近から熱
を除去するために２次巻線に近接して流体熱交換器を配
置することによって電気自動車充電用変成器の２次側の
誘導型充電受け部を冷却することである。
【０００８】本発明のさらに別の特徴は、多量のエネル
ギを転送することが可能であり、充電処理中の人体に対
する安全性を達成するために直接電気プラグ接続を行う
必要がなく、電源から自動車までの磁気結合が達成され
ることができる高性能誘導型充電結合変成器が得られる
ことである。
【０００９】本発明のさらに別の特徴は、循環された流
体の熱交換器で２次巻線構造を冷却することができて変
成器で相当量のエネルギを転送する能力を有する高性能
の誘導型充電結合変成器が得られることであり、したが
って、自動車の性能を最大にするために変成器の重量を
最小にすることができる。
【００１０】本発明のさらに別の特徴は、分離可能な自
動車バッテリ充電変成器が得られることであり、この変
成器はその一部が自動車上に維持され、他の一部が電源
に恒久的に接続されるように分離可能である。自動車に
恒久的に設置される部分には冷却装置が設けられ、それ
はまた分離可能な部分を冷却するように動作することが
できる。
【００１１】
【実施例】本発明のその他の目的と利点は添付図面を参
照にした以下の説明と、特許請求の範囲により明白にな
るであろう。図示の実施例において、自動車10は２〜３
人用で、小型貨物の運搬用に構成された自動車である。
これは駆動輪に接続されたモータを駆動するバッテリを
搭載している。適当な電気および機械制御が自動車の速
度および方向を制御するために設けられている。搭載さ
れたバッテリは周期的に再充電されなければならない。
本発明によるシステムでは充電電力は自動車10が駐車位
置の近くに位置している固定電源12から供給される。図
示の実施例では、自動車10は道路14に駐車している。ま
た固定電源12は、自動車の所有者が勤務中または、買い
物中であるときの自動車の駐車位置に近接して位置され
てもよい。
【００１２】本発明により、自動車は直接プラグ挿入接
続により電源12から直接電力を与えられるのではなく、
充電接続は誘導型である。変成器は電源12から電力を受
け、電力を磁気結合を経て自動車の変成器の２次巻線に
転送するように設計されている。２次巻線は自動車のバ
ッテリを充電するために適切に接続されている。電源周
波数は変成器パラメータを含む全ての電源パラメータと
関連して選択される。誘導型充電結合器16は図１では自
動車10上の誘導型充電受け部にプラグとして挿入されて
いる状態で示され、図２では分解した状態で示されてお
り、ケーブル18により固定電源12に接続されている。ケ
ーブル18は電気ケーブル、冷却管（必要ならば）、制御
回路を含んでいる。
【００１３】誘導型充電結合器16は２次磁気コア22,24
と対になった“パック”型の磁気コア20を有する。２次
磁気コア22,24 は円形の中央プラグを有し、その１つが
26で示されており、円形の１次磁気コア20と一致してい
る。これは図２で最もよく示されており、中央プラグ26
が示されている。１次巻線は１次コア20の周囲に巻回さ
れている。２次巻線30,32 は各中央プラグ26を包囲し、
結合器16の１次巻線に対接して位置する。磁気回路は指
状部分34,36 のような磁気コアの指状部分によってこれ
らの巻線の外部周辺で結合されて閉磁気回路が完成され
ている。２次巻線が組立てられるとき、これらの指状部
分は対面して接触する。１次および２次巻線も対向した
位置で接触している。２つの２次巻線の使用は結合効率
を増加させる。
【００１４】変成器、特に２次巻線を冷却するため、熱
抽出が行われる。熱交換器38,40,42,44 は変成器内に直
接位置され、２次巻線に対向して位置する。図２に示さ
れているように、熱交換器38〜44はそれぞれ環状体の半
分の部分である。熱交換器42はコア22の中央プラグ26に
対応するコア24の中央プラグを包囲するように熱交換器
44と共同動作する。熱交換器42,44 はコア24に直接対向
して位置し、２次巻線32と直接対向して位置する。各熱
交換器は関連する２次巻線の形態と一致するために完全
な円形の半分の環状の管体である。各熱交換器は流体の
入口と流体の出口を有する。図２では熱交換器42用の流
体の入口46と流体の出口48が示されて折り、それらは熱
を転送するために冷却流体の適切な供給源に接続されて
いる。
【００１５】各熱交換器内には熱交換器の本体からそれ
を循環する流体への熱交換を増強するためにフィンまた
はピンのような１組の熱交換器の広がりのある表面が存
在することが好ましい。熱交換器は熱交換器内で完全な
ループ電流が生成されることを阻止するために環状の電
気回路を開放するように環状形状を半分にした形状であ
る。熱交換器は誘導型充電結合器16が挿入される磁気コ
アのギャップの電磁界による発熱を減少するため２次巻
線とコアとの間に位置される。熱交換器内のフィンパタ
ーンは装置の必要性に応じて選択されることができる。
大きな体積の装置の製造において、ピンフィンを有する
鋳造アルミニウムの熱交換器は比較的廉価で利用される
ことができる。機械加工されたフィンまたは浸漬鑞付け
オフセットフィンは小型の装置で使用されることができ
る。
【００１６】示されている変成器では、２次巻線30,32
の温度は２次巻線から流体までの熱抵抗の和と発熱量と
の積に比例する。これらの熱交換器がない場合には、熱
は磁気コア外部の空気に伝導されなければならない。フ
ェライトコアの熱伝導率は典型的に０．１ワット／イン
チ／℃程度である。コアの所定の平面領域を４''×
４''、断面の厚さを０．７５インチ、電力消費を２５ワ
ットとすると、熱交換器38〜44が使用されないならばコ
アの付加的な温度上昇は１１．８℃である。これらの熱
交換器の利用により、温度上昇が減少し、同一の磁気結
合によってより大きな電力を転送することが可能とな
り、或いは大きさを小さくすることを可能にする。２次
巻線30,32 の冷却はまた低温に誘導結合器16を維持し、
従って取外すときの火傷等の傷害の危険を少なくする。
【００１７】２次巻線30,32 はバスバー50,52 により自
動車バッテリに電気的に接続され、破線で示されている
ようにバスバー54に接続される。
【００１８】熱交換器は流体が液体またはガスを再循環
するとき、例えば対流および／または放射性の熱交換器
から来るように冷却流体源に接続される流体入口を有す
る。ポンプまたはファンが冷却流体を駆動するために使
用される。空気は密閉または開放システムの流体として
利用されることができる。熱交換器からの流体出口は加
熱された冷却流体を放出する手段に接続され、これは再
使用のため冷却用の熱交換器を通過する。このように、
小型で効率的で信頼性のある磁気結合が達成される。１
次電流が磁気コアの中央プラグでの磁束結合によって２
次電流に結合するので、熱交換器のこの位置は変成器性
能に悪影響しない。
【００１９】以上、本発明は現在最良と考えられている
形態の実施例について説明されているが、本発明の技術
的範囲を逸脱することなく当業者により種々の変形、変
更、実施態様が明白に認識されるであろう。従って、本
発明の技術的範囲は特許請求の範囲のきさいによっての
み定められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による充電ステーションに付近に位置す
る電気自動車の斜視図。
【図２】部品の関係を示した電気自動車充電変成器の分
解斜視図。
フロントページの続き (72)発明者 ハーバート・ジェイ・タンザー アメリカ合衆国、カリフォルニア州 90290、トパンガ、ウエーブビュー・ドラ イブ 20894

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 １次電気巻線を有し、固定した交流電源
    に接続される変成器の１次側部分を構成する誘導型充電
    結合器と、 前記結合器を受けるような大きさのスロットと、前記ス
    ロットに近接する変成器２次巻線と、流体通路および冷
    却流体を通過するための接続部を有し前記２次巻線に近
    接して配置されている熱交換器とを具備する自動車のバ
    ッテリを充電するために自動車に取付けられている変成
    器の２次側部分を構成する誘導型充電受け部とを具備
    し、 さらに、前記誘導型充電結合器が前記誘導型充電受け部
    のスロットに挿入されたとき前記１次および２次巻線を
    通る磁気回路を完成するために前記１次電気巻線および
    前記２次電気巻線と共同する磁気コアを具備し、自動車
    が前記固定した電源から離れることができるように前記
    変成器の誘導型充電結合器は誘導型充電受け部から分離
    可能であることを特徴とする自動車のバッテリ充電用変
    成器。
  2. 【請求項２】 前記スロットの各側面上にそれぞれ１つ
    づつ配置された２つの２次巻線を具備し、それら各２次
    巻線にそれぞれ関連する２つの熱交換器が設けられてい
    る請求項１記載の自動車のバッテリ充電用変成器。
  3. 【請求項３】 前記熱交換器が前記熱交換器のストレー
    電流加熱を最小にするために前記２次巻線と前記磁気コ
    アとの間に配置されている請求項２記載の自動車のバッ
    テリ充電用変成器。
  4. 【請求項４】 電気推進モータと、この推進モータを付
    勢するためのバッテリと、このバッテリを固定電源から
    充電することを可能にするバッテリの充電手段とを具備
    している電気自動車において、 前記自動車に設置され、スロットと、前記スロットの少
    なくとも一方の側面に配置された環状の変成器２次巻線
    とを有する変成器の２次側部分を構成する誘導型充電受
    け部と、 前記変成器の２次巻線の前記スロットと反対側の側面に
    対向して位置し、複数の部分的環状部分から形成され、
    それら各部分的環状部分のそれぞれに設けられている熱
    交換器流体入口および熱交換器流体出口とを具備してい
    ることを特徴とする電気自動車。
  5. 【請求項５】 環状の１次電気巻線を有し、固定した交
    流電源に接続される変成器の１次側部分を構成する誘導
    型充電結合器と、 自動車のバッテリ充電のために自動車に設置されている
    変成器の２次側部分を構成し、少なくとも１つの環状の
    ２次巻線を具備している誘導型充電受け部であって、前
    記誘導型充電結合器を受ける大きさを有し、前記少なく
    とも１つの環状の２次巻線は誘導型充電結合器が充電位
    置にあるとき前記誘導型結合器と実質的に対向するよう
    に位置している誘導型充電受け部と、 前記２次巻線の前記１次巻線と反対側の側面の前記２次
    巻線に対向して配置され、環状であり半分の環状部分に
    分割され、それらの分割された環状部分は冷却流体供給
    装置に接続するためにそれぞれ流体入口および流体出口
    をそれぞれ有している冷却流体熱交換器と、 前記１次および２次巻線を通る磁気回路を完成するため
    に前記１次巻線および前記２次電気巻線にそれぞれ関連
    し、前記環状の熱交換器および前記環状の２次巻線を通
    って延在する磁気コアとを具備し、 前記変成器の１次側を構成する誘導型充電結合器は自動
    車が固定した電源から離れることができるように前記変
    成器の誘導型の充電受け部から分離可能であることを特
    徴とする自動車充電変成器。
JP6270053A 1993-11-02 1994-11-02 内部冷却された電気自動車充電用変成器 Expired - Fee Related JP2650861B2 (ja)

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