JPWO2018138908A1 - 非接触受電装置の車載構造 - Google Patents

Abstract

非接触給電装置（１）は、駐車スペースに設置された送電コイルと、車両（５）の車体の下部に搭載した受電コイル（８３）との磁気的結合によって、車両（５）に対して非接触で電力供給を行う。受電コイル（８３）は、径方向の中心部に中空部（９７）が形成されるサーキュラ型コイルである。受電コイル（８３）、共振コンデンサ（８９）、および、車両側磁性部材（８７）と送電コイル側磁性部材（８５）は、受電コイルユニット（１７）の内部に配設される。受電コイルユニット（１７）は、車体の骨格部材としてのメンバ部材であるサスペンションメンバ（５５）に取り付けられる。受電コイルユニット（１７）における中空部（９７）に対応する中空部対応部分（１１３）をサスペンションメンバ（５５）に当接させている。

Description

本発明は、非接触受電装置の車載構造に関する。

従来から、路面に設置した非接触送電装置と車両に搭載した非接触受電装置とを備える非接触給電装置が公知である（例えば、特許文献１参照）。非接触受電装置は、受電コイルユニットを有する。

この特許文献１では、車両のフロアパネルに形成されたトンネル部の左右一対の基部同士を跨ぐようにして前記受電コイルユニットが取り付けられている。具体的には、前記トンネル部および基部は車両前後方向に沿って延在しており、受電コイルユニットの左右両端部を左右一対の基部にボルトで締結している。

特開２０１６−１１２８９９号公報

しかし、受電コイルユニットは、受電コイルを備えており、受電コイルの径方向中心部が中空部に形成されている。このため、受電コイルユニットの部位のうち、受電コイルの径方向中心部に対応する部分は端部よりも剛性が低い。従って、左右両端部が支持された受電コイルユニットは、車両が走行する際に左右方向の中央部分が上下方向に振動して異音が発生するおそれがあった。

そこで、本発明は、受電コイルユニットを車両に搭載したときの保持剛性を高く維持することができる非接触受電装置の車載構造を提供するものである。

本発明に係る非接触受電装置の車載構造では、車体の骨格部材としてのメンバ部材に受電コイルユニットが搭載される。受電コイルユニットは受電コイルを有する。受電コイルは、径方向の中心部に中空部が形成されるサーキュラ型コイルである。受電コイルユニットの部位のうち、受電コイルの中空部に対応する中空部対応部分がメンバ部材に当接している。

本発明では、受電コイルユニットの保持剛性が向上し、車両走行時の受電コイルユニットの振動等が低減される。

図１は、本発明に係る非接触給電装置を示す全体図である。 図２は、第１実施形態に係る受電コイルユニットの搭載部分の近傍を下側から見た底面図である。 図３は、第１実施形態に係る受電コイルユニットを組み付けたサスペンションメンバを示す斜視図である。 図４は、図３の分解斜視図である。 図５は、第１実施形態に係る受電コイルユニットの分解斜視図である。 図６Ａは、図３のＡ−Ａ線による断面図である。 図６Ｂは、図３のＢ−Ｂ線による断面図である。 図６Ｃは、図３のＣ−Ｃ線による断面図である。 図６Ｄは、図３のＤ−Ｄ線による断面図である。 図６Ｅは、図３のＥ−Ｅ線による断面図である。 図７は、第２実施形態に係る受電コイルユニットの分解斜視図である。 図８Ａは、第２実施形態に係る受電コイルユニットの断面図であり、第１実施形態に係る図６Ａに対応している。 図８Ｂは、第２実施形態に係る受電コイルユニットの断面図であり、第１実施形態に係る図６Ｄに対応している。 図９は、図８Ａの要部を拡大した断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳述する。

[第１実施形態]
図１に示す非接触給電装置１は、駐車スペースに設置された非接触送電装置３と、車両５に搭載された非接触受電装置７と、を備える。車両５は、例えば、電気自動車やハイブリッド車などに適用可能である。

非接触送電装置３は、駐車スペースの路面９に設置されると共に送電コイルを有する送電コイルユニット１１と、電源装置１３と、これらの送電コイルユニット１１および電源装置１３を接続する配線１５と、を備えている。送電コイルは、導電線からなる一次コイルを主体として構成される。

非接触受電装置７は、受電コイルユニット１７と、整流器１９と、リレーボックス２１と、バッテリ２３と、インバータ２５と、モータ２７と、減速機２９と、を備えている。なお、受電コイルユニット１７は受電コイル８３を有するが、受電コイルユニット１７の構造の詳細な説明は後述する。

整流器１９は、受電コイルユニット１７のジャンクションボックス３１に第１ハーネス３３を介して接続される。整流器１９は、受電コイル８３で受電された交流電力を直流に整流する整流回路により構成されている。第１ハーネス３３は、通常状態（衝突時等の異常時以外の状態）において、余長をもって弛んだ状態で配索されている。

リレーボックス２１は、リレースイッチを有している。リレースイッチをオフにすることにより、バッテリ２３を含む主回路系と、充電の回路部となる受電コイルおよび整流器１９と、を切り離すことができる。

バッテリ２３は、複数の二次電池を接続することで構成される。バッテリ２３は、車両５の電力源となる。バッテリ２３とリレーボックス２１とは、第２ハーネス３５を介して接続される。第２ハーネス３５は、通常状態（衝突時等の異常時以外の状態）において、余長をもって弛んだ状態で配索されている。

インバータ２５は、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子を有したＰＷＭ制御回路等の制御回路である。インバータ２５は、スイッチング制御信号にもとづいて、バッテリ２３から出力される直流電力を交流電力にし、モータ２７に供給する。インバータ２５とバッテリ２３とは、第３ハーネス３７を介して接続される。第３ハーネス３７は、通常状態（衝突時等の異常時以外の状態）において、余長をもって弛んだ状態で配索されている。

モータ２７は、例えば三相の交流電動機により構成される。モータ２７は、車両５を駆動させるための駆動源となる。減速機２９は、モータ２７の回転速度を適切な値に調整する。 なお、図１の車両５において、受電コイルユニット１７の前部は、側方から見て、前輪３９とオーバーラップして配置されており、受電コイルユニット１７は前輪３９よりも車幅方向内側に配置されている。

図２に示すように、バッテリ２３の側方には前後方向に延びるサイドシル４１が左右一対に設けられている。サイドシル４１の前方には、フードリッヂサポート４３が前後方向に沿って左右一対に設けられている。バッテリ２３の前端２３ａの近傍には、ダッシュパネル４５の後端４５ａが配置されている。なお、図１，２に示すように、フロアパネル４７の前部の下側には、ダッシュパネル４５の後部が重ねて接合されている。ダッシュパネル４５は、上下方向に沿って延在し、フロントコンパートメント１Ｆと車室１Ｒとを隔成する。

また、図２に示すように、前後方向に沿って左右一対のフロントサイドメンバ４９が延在している。フロントサイドメンバ４９の後端４９ａは、バッテリ２３の前端２３ａの近傍に配置され、フロントサイドメンバ４９の前端４９ｂは、車両の前端に配置されている。車両の前端には、左右一対のフロントクロスメンバ５１が配設されている。連結メンバ５３は前後方向に延在している。左右の連結メンバ５３の前部は、車幅方向に延びるフロントメンバ５４で連結されている。連結メンバ５３の後部５３ａは、サスペンションメンバ５５の前側脚部５７（図４参照）に接合されている。車幅方向に延びるロアアーム５９は、サスペンションメンバ５５の側部とフードリッヂサポート４３とに結合されている。

図３，４に示すように、サスペンションメンバ５５は、車体の骨格部材としてのメンバ部材であり、高い剛性を有する。サスペンションメンバ５５は、通常時には車体に結合されると共に、所定の衝突荷重がサスペンションメンバ５５に入力されたときには車体から分離可能に構成されている。以下、具体的に説明する。

図２に示すように、サスペンションメンバ５５は、前方に延びる左右一対の前側脚部５７と、左右一対の前側脚部５７の基部同士を車幅方向に連結する前側連結部６１と、前側脚部５７の後端から後方に延びる本体側部６３と、本体側部６３の後端同士を車幅方向に連結する後側連結部６５と、から一体に構成されている。さらに、本体側部６３の後端から後方に向けて後側脚部６７が延びており、後側脚部６７の車幅方向内側には、本体側部６３の後端から後方に向けて後方延設部６９が延びている。後側脚部６７は、図示しないブラケットを介してフロントサイドメンバ４９に締結される。また、後方延設部６９は、角筒状に形成されており、後端部にボルト孔が形成されている。ボルト孔には溶接ナット７１が接合されている。前側連結部６１の後部には、車幅方向に沿って後方フランジ７３が形成され、後方フランジ７３にはボルト孔７５が形成されている。

図３〜図５および図６Ａ〜図６Ｅに示すように、受電コイルユニット１７は、カバー８１と、受電コイル８３と、送電コイル側磁性部材８５と、車両側磁性部材８７と、共振コンデンサ８９と、ベースプレート９１と、を備える。

カバー８１は、平面視が矩形状に形成された平面部９３と、平面部９３の周縁で屈曲して上方に延びるフランジ部９５と、から一体形成されている。カバー８１は、電磁誘導の妨げにならない非磁性体（例えば樹脂）で形成されている。

受電コイル８３は、導電線を環状に巻回したサーキュラ型コイルである。受電コイル８３は、導電線からなる二次コイルを主体として構成される。受電コイル８３における径方向の中心部には、平面視が矩形状の中空部９７が形成されている。

送電コイル側磁性部材８５（磁性部材）は、平面視が矩形状の平板に形成された磁性体である。送電コイル側磁性部材８５は、受電コイル８３の中空部９７の内方に収容されている。また、送電コイル側磁性部材８５の厚さは受電コイル８３の厚さと同等に設定されている。

これらの送電コイル側磁性部材８５および受電コイル８３の上側には、車両側磁性部材８７（磁性部材）が配置される。車両側磁性部材８７は、平面視が矩形状の平板に形成された磁性体である。車両側磁性部材８７の面方向の大きさは、カバー８１の平面部９３とほぼ同等に設定されている。車両側磁性部材８７は、車両前側に配置される前部９９と、前部９９の後方に配置される中央部１０１と、中央部１０１の後方に配置される後部１０３と、から一体に形成されている。車両側磁性部材８７の底面は平坦であり、上面は各部位ごとに高さの差がある。具体的には、中央部１０１の高さＨcが最も低く、前部９９の高さＨｆが中央部１０１の高さＨｃよりも高く、後部１０３の高さＨｒが前部９９の高さＨｆよりも高く設定されている。即ち、Ｈc＜Ｈｆ＜Ｈｒの大小関係に設定されている。送電コイル側磁性部材８５および車両側磁性部材８７は、例えばフェライトなどを好適に用いることができる。

なお、送電コイル側磁性部材８５における「送電コイル側」とは、「車両５」よりも「送電コイル」に近い側という意味であり、本実施形態では下側（路面側）である。車両側磁性部材８７における「車両側」とは、「送電コイル」よりも「車両５」に近い側という意味であり、本実施形態では上側である。このように、磁性部材は、送電コイル側磁性部材８５および車両側磁性部材８７からなる。

共振コンデンサ８９は、受電コイル８３に直列に接続され、受電コイル８３と共振回路を形成している。共振コンデンサ８９は、電子部品である。共振コンデンサ８９は、車両側磁性部材８７における後部の上側に載置されている。

ベースプレート９１は、車両側磁性部材８７と同様に、前方部１０５、中央部１０７および後方部１０９から一体に形成される。ベースプレート９１は、電磁誘導の妨げにならない非磁性体（例えばアルミニウム）で形成されている。中央部１０７の高さが最も低く、前方部１０５の高さが中央部１０７の高さよりも高く、後方部１０９の高さが前方部１０５の高さよりも高く設定されている。後方部１０９の上面にはジャンクションボックス３１が配設されている。

ジャンクションボックス３１の前面にはコネクタ部１１１が形成されている。コネクタ部１１１には第１ハーネス３３が接続される。また、中央部１０７から後方部１０９にかけて、二点鎖線で示す矩形状の中空部対応部分１１３が設定される。この中空部対応部分１１３は、受電コイル８３の中空部９７に対向する部位である。後方部１０９の左右両側および前方部１０５の前側には、支持片１１５が突設されている。これらの支持片１１５には、それぞれボルト孔１１７が形成されている。

以上の構成により、非接触給電装置は、送電コイルと受電コイル８３とにおける電磁誘導作用（磁気的結合）により、送電コイルから受電コイル８３へ非接触で電力を供給する。

また、受電コイル８３、共振コンデンサ８９、送電コイル側磁性部材８５および車両側磁性部材８７（磁性部材）は、受電コイルユニット１７の内部に配設される。

次いで、受電コイルユニット１７のサスペンションメンバ５５への取付け手順を説明する。

図４に示すように、まず、受電コイルユニット１７の後端部については、受電コイルユニット１７の後部の支持片１１５をサスペンションメンバ５５の後方延設部６９に締結する。具体的には、受電コイルユニット１７の後部の支持片１１５のボルト孔１１７に下側からボルトＢＬを挿入し、サスペンションメンバ５５の後方延設部６９に接合された溶接ナット７１にボルトＢＬを締結させる。

次に、受電コイルユニット１７の前端部については、受電コイルユニット１７の前部の支持片１１５をサスペンションメンバ５５の後方フランジ７３に締結する。具体的には、受電コイルユニット１７の前部の支持片１１５のボルト孔１１７に下側からボルトＢＬを挿入し、サスペンションメンバ５５の後方フランジ７３に形成されたボルト孔７５にボルトＢＬを締結させる。

このように、受電コイルユニット１７は、車体の骨格部材としてのメンバ部材であるサスペンションメンバ５５に取り付けられている。

また、図６Ｄおよび図６Ｅに示すように、サスペンションメンバ５５における後側連結部６５は、剛性が高い閉断面構造に形成されている。具体的には、後側連結部６５を含むサスペンションメンバ５５の全体は、下側に配置されたロア材１２１と上側に配置されたアッパー材１２３とが接合されて構成されている。後側連結部６５においては、ロア材１２１の前後両端部とアッパー材１２３の前後両端部とが互いに接合されて内方に中空部１２５が形成されている。受電コイルユニット１７のベースプレート９１の上面に設定した中空部対応部分１１３に、ロア材１２１の底面１２１ａが当接している。本実施形態では、具体的には、ロア材１２１の底面１２１ａはベースプレート９１の中央部１０７の上面に当接している。また、ロア材１２１の後端は、ベースプレート９１の中央部１０７と後方部１０９との境に形成された縦壁１２７に近接して配置されている。

さらに、図６Ｄおよび図６Ｅに示すように、ベースプレート９１の後方部１０９の内部には共振コンデンサ８９が収納されている。共振コンデンサ８９の配置高さは、サスペンションメンバ５５における後側連結部６５の配置高さと同等である。このように、共振コンデンサ８９を含む電子部品は、後側連結部６５（メンバ部材）の近傍で、かつ後側連結部６５の後方に配置されている。

以下に、第１実施形態による作用効果を説明する。

（１）第１実施形態に係る非接触給電装置１は、駐車スペースに設置された送電コイルと、車両５の車体の下部に搭載した受電コイル８３との磁気的結合によって、車両５に対して非接触で電力供給を行うものである。受電コイル８３は、径方向の中心部に中空部９７が形成されるサーキュラ型コイルである。受電コイル８３、共振コンデンサ８９、および、車両側磁性部材８７と送電コイル側磁性部材８５（磁性部材）は、受電コイルユニット１７の内部に配設される。受電コイルユニット１７は、車体の骨格部材としてのメンバ部材であるサスペンションメンバ５５に取り付けられる。受電コイルユニット１７の部位のうち受電コイル８３の中空部９７に対応する中空部対応部分１１３を、サスペンションメンバ５５（メンバ部材）に当接させている。

受電コイルユニット１７は受電コイル８３を有し、受電コイル８３の径方向中央部分には中空部９７が形成される。従って、受電コイルユニット１７の端部を車体に固定すると、受電コイルユニット１７における受電コイル８３の中空部９７に対応する部位の剛性が低下する。そこで、受電コイルユニット１７における受電コイル８３の中空部９７に対応する部位は、サスペンションメンバ５５（メンバ部材）の少なくとも一部分が当接されることによって、車体に保持される際の保持剛性が向上する。これによって、車両走行時の受電コイルユニット１７の振動等が低減される。

（２）サスペンションメンバ５５（メンバ部材）は、通常時には車体に結合されると共に、所定の衝突荷重がサスペンションメンバ５５に入力されたときには車体から分離可能に構成されている。また、受電コイルユニット１７がサスペンションメンバ５５に取り付けている。

従って、所定の衝突荷重がサスペンションメンバ５５に後方に向けて入力されたとき、受電コイルユニット１７およびサスペンションメンバ５５が一体となった状態で後方移動する。つまり、受電コイルユニット１７とサスペンションメンバ５５との相対距離が変わらないまま、受電コイルユニット１７およびサスペンションメンバ５５が一体となったまま後方移動する。よって、受電コイルユニット１７がサスペンションメンバ５５によって保護されるため、受電コイルユニット１７の変形や損傷等が抑制される。

（３）磁性部材は、車両側に配置した車両側磁性部材８７と、送電コイル側に配置した送電コイル側磁性部材８５とを備える。送電コイル側磁性部材８５は、受電コイル８３の中空部９７内に配置されている。

送電コイル側磁性部材８５は、車両側磁性部材８７よりも送電コイル側に配置されている。具体的には、送電コイル側磁性部材８５は、車両側磁性部材８７の下側に配置されているため、送電コイルに近い位置に配置されている。よって、送電コイルから送られる磁束を送電コイル側磁性部材８５で積極的に受けやすいという効果がある。

また、送電コイル側磁性部材８５は、受電コイル８３の中空部９７内に配置されている。よって、受電コイル８３の中空部９７の内部というデッドスペースに送電コイル側磁性部材８５を収容することで、受電コイルユニット１７の内部に部品を配置する際のスペース効率の向上を図ることができる。

（４）共振コンデンサ８９を含む電子部品は、サスペンションメンバ５５（メンバ部材）の後方近傍に配置されている。

サスペンションメンバ５５は、車体の骨格部材としてのメンバ部材である。従って、共振コンデンサ８９を含む電子部品がサスペンションメンバ５５によって保護され、電子部品の損傷等を抑制することができる。

（５）整流器１９はジャンクションボックス３１に第１ハーネス３３を介して接続される。第１ハーネス３３は、通常状態（衝突時等の異常時以外の状態）において、余長をもって弛んだ状態で配索されている。

従って、車両衝突時に受電コイルユニット１７が移動しても、第１ハーネス３３に張力が作用しにくいため、第１ハーネス３３が破断しにくいという効果がある。

[第２実施形態]
次いで、第２実施形態を説明するが、前述した第１実施形態と同一構成の部位には同一符号を付けて説明を省略する。

第２実施形態では、サスペンションメンバ５５の後側連結部６５の車幅方向中央部に受電コイルユニット２１７をボルトＢＬで締結している。

図７に示すように、第２実施形態に係る受電コイルユニット２１７では、カバー２８１の平面部２９３の中央部に、上側に突出する凸部２０１が形成されている。この凸部２０１は、上側に突出して周方向に巻回する円筒面２０３と、円筒面２０３の上側開口を塞ぐ上面２０５と、から一体形成される。上面２０５の径方向中心には、ボルト孔２０７が形成されている。送電コイル側磁性部材２８５には、凸部２０１の外径と同等の大きさの円形孔２０９が形成されている。車両側磁性部材２８７およびベースプレート２９１にもボルト孔２１１，２１３が形成されている。

一方、図８Ａ、図８Ｂおよび図９に示すように、サスペンションメンバ５５の後側連結部６５のロア材１２１における車幅方向中央部には、ボルト孔および溶接ナット２１５が設けられている。

以下に、受電コイルユニット２１７を後側連結部６５にボルト締結する手順を説明する。

まず、受電コイルユニット２１７の下側からボルトＢＬを挿入し、ベースプレート２９１からボルトＢＬの先端部分を突き出す。次に、このボルトＢＬの先端部分を、後側連結部６５のロア材１２１におけるボルト孔に挿入して溶接ナット２１５に締結する。

以下、第２実施形態による作用効果を説明する。

（１）サスペンションメンバ５５の後側連結部６５の車幅方向中央部に受電コイルユニット２１７をボルトＢＬで締結している。

従って、受電コイルユニット２１７のサスペンションメンバ５５への保持剛性が第１実施形態よりも向上し、車両走行時の受電コイルユニット１７の振動等がさらに低減される効果を有する。

以上、実施形態に沿って本発明の内容を説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変形及び改良が可能であることは、当業者には自明である。

例えば、磁性部材を構成する送電コイル側磁性部材８５および車両側磁性部材８７を別体構造としたが、送電コイル側磁性部材８５および車両側磁性部材８７を一体としてもよい。

５ 車両
７ 非接触受電装置
１７ 受電コイルユニット
５５ サスペンションメンバ（メンバ部材、車体骨格部材）
８３ 受電コイル
８５ 送電コイル側磁性部材（磁性部材）
８７ 車両側磁性部材（磁性部材）
８９ 共振コンデンサ
９７ 中空部
１１３ 中空部対応部分

Claims (4)

1. 路面側の送電コイルとの磁気的結合によって非接触で電力を受ける受電コイルを有する非接触受電装置を、車両の車体の下部に搭載する非接触受電装置の車載構造において、
   前記受電コイルは、径方向の中心部に中空部が形成されるサーキュラ型コイルであり、前記受電コイル、共振コンデンサおよび磁性部材は、前記非接触受電装置を構成する受電コイルユニットの内部に配設され、
   前記受電コイルユニットは、前記車体の骨格部材としてのメンバ部材に取り付けられ、
   前記受電コイルユニットの部位のうち前記受電コイルの中空部に対応する中空部対応部分を、前記メンバ部材に当接させることを特徴とする非接触受電装置の車載構造。
2. 請求項１に記載された非接触受電装置の車載構造であって、
   前記メンバ部材は、通常時には前記車体に結合されると共に、所定の衝突荷重がメンバ部材に入力されたときには前記車体から分離可能に構成されたサスペンションメンバであることを特徴とする非接触受電装置の車載構造。
3. 請求項１または２に記載された非接触受電装置の車載構造であって、
   前記磁性部材は、車両側に配置した車両側磁性部材と、送電コイル側に配置した送電コイル側磁性部材とを備え、
   前記送電コイル側磁性部材は、前記受電コイルの中空部内に配置されたことを特徴とする非接触受電装置の車載構造。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載された非接触受電装置の車載構造であって、
   前記共振コンデンサを含む電子部品は、前記メンバ部材の後方近傍に配置されたことを特徴とする非接触受電装置の車載構造。

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