WO2012039077A1 - 非接触給電装置 - Google Patents

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WO2012039077A1
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power
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power transmission
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竹下 豊晃
木村 一夫
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パナソニック株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a non-contact power feeding device that transmits power in a non-contact manner from a built-in primary coil to a secondary coil mounted on an electric propulsion vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing a configuration of a conventional non-contact power feeding device 6.
  • the non-contact power feeding device (primary side) F connected to the power panel of the power source 9 on the external ground side is supplied with power to the power receiving device (secondary side) G mounted on the electric propulsion vehicle.
  • They are arranged to face each other through an air gap that is a void space without physical connection.
  • an induced electromotive force is generated in the secondary coil 8 provided in the power receiving device G. Electric power is transmitted to the coil 8 in a non-contact manner.
  • the power receiving device G is connected to the in-vehicle battery 10, for example, and the electric power transmitted as described above is charged in the in-vehicle battery 10.
  • the on-vehicle motor 11 is driven by the electric power stored in the battery 10. Note that, during the non-contact power supply process, for example, the wireless communication device 12 exchanges necessary information between the power supply device F and the power reception device G.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing the internal structure of the power feeding device F and the power receiving device G.
  • FIG. 6A is a schematic diagram illustrating an internal structure when the power feeding device F is viewed from above and the power receiving device G is viewed from below.
  • FIG. 6B is a schematic diagram illustrating an internal structure when the power feeding device F and the power receiving device G are viewed from the side.
  • the power feeding device F includes a primary coil 7, a primary magnetic core 13, a back plate 15, a cover 16, and the like.
  • the power receiving device G has a symmetrical structure with the power feeding device F, and includes a secondary coil 8, a secondary magnetic core 14, a back plate 15, a cover 16, and the like.
  • the surface of the primary magnetic core 13 and the surfaces of the secondary coil 8 and the secondary magnetic core 14 are fixedly covered with a mold resin 17 in which a foam material 18 is mixed.
  • both the power feeding device F and the power receiving device G are filled with the mold resin 17 between the back plate 15 and the cover 16, and the primary coil 7, the secondary coil 8, the primary magnetic core 13, and the secondary magnetic core core inside.
  • the surface of 14 is covered and fixed.
  • the mold resin 17 is made of, for example, silicon resin.
  • the power supply device F is used in a state where it is buried in a parking space shallowly or is used on the ground, the upper surface side of the power supply device F (for example, in the vicinity of the cover 16) There is a possibility of contact.
  • an electronic component such as a capacitor is used for the power supply device F, and measures against overheating of these electronic components against Joule heat are provided. Very important.
  • the present invention has been made in view of such problems of the prior art, and reduces the transmission of Joule heat from a power transmission coil to each part (for example, a cover or an electronic component), and each part (for example, a cover or an electronic part). It is an object of the present invention to provide a non-contact power feeding device that can prevent overheating of components.
  • a non-contact power feeding device that supplies power in a non-contact manner to a power receiving device mounted on a moving body, the bottom plate having an installation surface, A power transmission coil that is disposed above and supplies power to a power reception coil provided in the power reception device, and a cover that is attached to the bottom plate so as to cover the power transmission coil, and an air layer is formed between the power transmission coil and the cover. It is characterized by that.
  • a non-contact power feeding device that supplies power in a non-contact manner to a power receiving device mounted on a moving body, the bottom plate having an installation surface, and a power receiving device that is disposed on the bottom plate and is not connected to the power receiving device.
  • a power transmission coil that supplies power by contact, an electronic component that is disposed on the bottom plate and connected to the power transmission coil, and a cover that is attached to the bottom plate and covers the power transmission coil and the electronic component are surrounded by the bottom plate and the cover. It further comprises a partition that partitions the space into a first housing space that houses a power transmission coil and a second housing space that houses an electronic component.
  • the cover by providing an air layer having a heat insulating effect between the power transmission coil and the cover, Joule heat from the power transmission coil is transmitted to the cover that may be touched by a person. It is possible to provide a non-contact power feeding device that can be reduced and can prevent overheating of the cover.
  • the power transmission coil and the electronic component are accommodated in separate spaces by the partition walls, the Joule heat generated from the power transmission coil is difficult to be transmitted to the electronic component.
  • the non-contact electric power feeder which can prevent overheating of an electronic component can be provided.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an installation example of a non-contact power feeding system including a non-contact power feeding apparatus according to the present invention.
  • 2 is an external perspective view of the non-contact power feeding apparatus of FIG. 3 is a perspective view showing an internal structure of the non-contact power feeding apparatus of FIG. 4 is a longitudinal sectional view of the non-contact power feeding device taken along line IV-IV in FIG. 5 is an external perspective view in which a part of the non-contact power feeding apparatus of FIG. 2 is cut away.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing a configuration of a conventional non-contact power feeding device.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing the internal structure of the non-contact power feeding device of FIG. 6 and the power receiving device arranged facing this power feeding device.
  • a first aspect of the present invention is a non-contact power feeding device that supplies power in a non-contact manner to a power receiving device mounted on a moving body, the bottom plate having an installation surface, and a bottom plate that is disposed on the power receiving device.
  • a power transmission coil that supplies power to the power reception coil provided and a cover that is attached to the bottom plate so as to cover the power transmission coil are provided, and an air layer is formed between the power transmission coil and the cover.
  • the heat-insulating air layer provided between the power transmission coil and the cover acts to reduce the transmission of Joule heat from the power transmission coil to the cover that may be touched by humans. Can be prevented.
  • the heat conducting member is made of ceramic or resin.
  • the moving body is typically an electric propulsion vehicle.
  • the non-contact power feeding device further includes an electronic component arranged on the bottom plate and connected to the power transmission coil.
  • the cover further covers the electronic component.
  • the non-contact power feeding device further includes a partition that partitions the space surrounded by the bottom plate and the cover into a first housing space that houses the power transmission coil and a second housing space that houses the electronic component. .
  • the second accommodation space is provided in either the front-rear direction of the moving body with respect to the first accommodation space.
  • the height of the first accommodation space relative to the bottom plate is different from the height of the second accommodation space relative to the bottom plate.
  • the partition wall is formed integrally with the cover so as to extend from the cover toward the bottom plate, and has a heat insulating property.
  • the partition wall has a notch, and is provided with a heat insulating member that is fitted into the notch and has a plurality of through holes.
  • the lead wire connected to one end of the power transmission coil and the lead wire connected to the other end of the power transmission coil are provided in the through hole. It is inserted.
  • a non-contact power feeding device that supplies power in a non-contact manner to a power receiving device mounted on a moving body, the bottom plate having an installation surface, and a power receiving device that is disposed on the bottom plate and is not connected to the power receiving device.
  • a power transmission coil that supplies power by contact, an electronic component that is disposed on the bottom plate and connected to the power transmission coil, and a cover that is attached to the bottom plate and covers the power transmission coil and the electronic component are surrounded by the bottom plate and the cover.
  • a partition that partitions the space into a first housing space that houses the power transmission coil and a second housing space that houses the electronic component is further provided.
  • This configuration makes it difficult for Joule heat generated from the power transmission coil to be transmitted to the electronic component, thereby preventing overheating of the electronic component.
  • the second accommodation space is provided in any one of the front and rear directions of the moving body with respect to the first accommodation space.
  • the front and rear (direction) of the non-contact power feeding device can be instantly identified, and the non-contact power feeding The apparatus can be easily attached.
  • the partition wall is formed integrally with the cover so as to extend from the cover toward the bottom plate and has a heat insulating property. Therefore, Joule heat generated from the power transmission coil is difficult to be transmitted to the electronic component, and overheating of the electronic component is prevented. Can be prevented.
  • a heat insulating member having a plurality of through holes is inserted into a notch formed in the partition wall, and a lead wire connected to one end of the power transmission coil and a lead wire connected to the other end of the power transmission coil are inserted into the through hole. By inserting, the lead wire can be easily wired.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an installation example of a non-contact power feeding system S including a non-contact power feeding apparatus 100 according to the present invention.
  • the non-contact power feeding system S includes a non-contact power feeding device (hereinafter simply referred to as “power feeding device”) 100 disposed at a predetermined place on the ground and a power receiving device 200 installed on the moving body side.
  • This non-contact power feeding system S is typically used for charging the electric propulsion vehicle 400, for example.
  • the power receiving device 200 is installed in an electric propulsion vehicle 400 as a moving body, and the power feeding device 100 is typically installed on the ground.
  • the present invention is not limited to this, and the power supply apparatus 100 may be buried in a parking space, for example, or configured to be movable.
  • the present invention is mainly applied to a power feeding device. Therefore, in the following description, the description of the power receiving device is limited to a particularly necessary part.
  • FIG. 2 is an external perspective view of the power feeding apparatus 100 shown in FIG. 1, and FIG. 3 shows the internal structure of the power feeding apparatus 100 shown in FIG. 2, particularly when the cover 114 shown in FIG. 2 is removed. It is a perspective view. 4 is a longitudinal sectional view of the power feeding apparatus 100 taken along line IV-IV in FIG.
  • the power feeding device 100 includes a heat conducting member 104, a coil base 106, a ferrite 108, a mica plate 110, a power transmission coil 112, and components thereof that are sequentially placed and fixed on the bottom plate 102. And an electronic component group 116 mounted and fixed on the bottom plate 102 at a position separated from the heat conductive member 104, the coil base 106, the ferrite 108, the mica plate 110, the power transmission coil 112, and the electronic component group 116. 114.
  • the bottom plate 102 is made of, for example, aluminum and has a substantially rectangular shape, and its lower surface is an installation surface.
  • a partition wall 118 is formed on the cover 114, and the partition wall 118 has an annular (tubular) shape with an outer diameter of ⁇ and a height of h.
  • the partition wall 118 is integrally formed with the cover 114 so as to protrude downward from the cover 114, and is dimensioned so that the lower end of the partition wall 118 can reach the bottom plate 102, and may be applied to the cover 114 from above.
  • the strength against the load (for example, human weight) is secured.
  • the heat conducting member 104, the coil base 106, the ferrite 108, the mica plate 110, the power transmission coil 112, and the electronic component group 116 are disposed outside the partition wall 118.
  • the heat conducting member 104 substantially has an annular (cylindrical) shape having a predetermined height h1 with an inner diameter slightly larger than the outer diameter ⁇ of the partition wall 118. If a conductive material is used as the material of the heat conducting member 104, it is magnetically coupled by the magnetic field formed by the power transmission coil 112, and an induced current flows to cause unnecessary heat generation, leading to problems such as a decrease in power supply efficiency.
  • a material other than a metal or a conductive material is used as the material of the heat conducting member 104. For example, a resin containing a ceramic or a filler that improves the heat conductivity is used.
  • the thermal conductivity of the heat conducting member 104 is preferably higher than the thermal conductivity of air in a predetermined temperature range (for example, 150 ° C. or lower), and is set to 1 W / mK or higher, for example.
  • the heat conductivity of the heat conducting member 104 is preferably as high as possible.
  • the heat conduction member 104 is fixed to the bottom plate 102 with, for example, bolts or the like in a state where the partition wall 118 is inserted into a through hole formed in the central portion in the radial direction.
  • a coil base 106 is placed, and a ferrite 108 for concentrating the magnetic flux is placed on the annular coil base 106.
  • the coil base 106 and the ferrite 108 have an inner diameter that is substantially larger than the outer diameter ⁇ of the partition wall 118, have an annular shape with a thickness t1, and are formed in a through hole formed in the center portion in the radial direction. In this state, the partition wall 118 is inserted through the heat conducting member 104.
  • An annular mica plate 110 serving as an electrical insulating plate is placed on the ferrite 108.
  • the mica plate 110 has an inner diameter that is substantially larger than the outer diameter ⁇ of the partition wall 118.
  • a partition wall 118 is inserted through a through hole formed in the center of the direction.
  • the power transmission coil 112 is wound so that its inner diameter is substantially larger than the outer diameter ⁇ of the partition wall 118, and has an annular shape with a thickness t2 (including the thickness of the mica plate 110). .
  • a partition wall 118 is inserted through a hole in the central portion in the radial direction of the power transmission coil 112.
  • the power transmission coil 112 is comprised with the copper wire etc., for convenience, it is drawn in disk shape, for example in FIG.
  • the electronic component group 116 is necessary for the operation of the power supply apparatus 100 (operation for performing non-contact power supply to the power receiving apparatus 200), such as a capacitor, and in this embodiment, the heat resistance performance is particularly high. It means something inferior to 112.
  • the bottom plate 102 is designed such that its long side is along the traveling direction of the electric propulsion vehicle 400 (indicated by the arrow A). Note that the direction indicated by the arrow A is also the front-rear direction of the power supply apparatus 100.
  • the heat conducting member 104, the ferrite 108, the power transmission coil 112, and the like are disposed near the front or rear of the power feeding apparatus 100 or the bottom plate 102 as viewed from the electronic component group 116.
  • a space is created behind or in front of the power feeding device 100 or the bottom plate 102, and the electronic component group 116 is disposed in this space while being isolated from the power transmission coil 112 and the like.
  • the heat conducting member 104, the coil base 106, the ferrite 108, the mica plate 110, and the power transmission coil 112 that are sequentially laminated on the bottom plate 102 are held by a resin coil holder 120.
  • Projecting portions are provided at a plurality of locations on the outer peripheral surface of 120, and are attached to the bottom plate 102 with bolts or the like through the projecting portions.
  • the heat conducting member 104, the coil base 106, the ferrite 108, and the mica plate 110 may be fixed to each other with an adhesive or the like.
  • the heat conducting member 104, the coil base 106, the ferrite 108, the mica plate 110, and the power transmission coil 112 are surrounded by a cylindrical shield member 122 provided on the radially outer side.
  • the shield member 122 is made of, for example, aluminum, and surrounds the power transmission coil 112 with the bottom plate 102 and the shield member 122, thereby reducing magnetic leakage from the power transmission coil 112 downward or laterally as much as possible.
  • the cover 114 is made of resin concrete or FRP (Fiber Reinforced Plastics), and the bottom plate 102 is formed from the first upper wall 114a, the second upper wall 114b, the first upper wall 114a, and / or the second upper wall 114b. And a plurality of side surfaces 114c extending obliquely toward the bottom, and are attached to the bottom plate 102 by, for example, bolts or the like.
  • FRP Fiber Reinforced Plastics
  • the cover 114 is formed with a partition wall 124 extending from a connection portion between the first upper wall 114 a and the second upper wall 114 b toward the bottom plate 102.
  • a partition wall 124 has a plate-like shape having a predetermined thickness t3 and a height (maximum value) of h2, and has a heat insulating property.
  • the partition wall 124 is provided between the power transmission coil 112 and the electronic component group 116 so as to cross the bottom plate 102 to the left and right (in the direction of the arrow A).
  • the cover 114 is integrally formed.
  • the cover 114 is designed such that the first upper wall 114 a covers the power transmission coil 112 and the second upper wall 114 b covers the electronic component group 116.
  • the partition wall 124 extending downward from the connection portion between the first upper wall 114a and the second upper wall 114b is dimensioned so that the lower end thereof reaches the bottom plate 102.
  • the space within the cover 114 (the space surrounded by the bottom plate 102 and the cover 114) is a first housing space S1 that houses the power transmission coil 112 and the like, and a second housing space that houses the electronic component group 116. Partitioned by a partition wall 124 into S2. As a result, Joule heat generated from the power transmission coil 112 is blocked by the partition wall 124 having heat insulation performance, and is prevented from being transmitted to the electronic component group 116.
  • one end of the power transmission coil 112 is connected to the lead wire 130, the other end of the power transmission coil 112 is connected to another lead wire 132, and the lead wire 130 is connected to the cover 114.
  • the lead wire 132 is connected to the electronic component group 116 and penetrated through one of the side walls 114c and led out to the outside. .
  • the lead wires 130 and 132 need to penetrate the partition wall 124.
  • the partition wall 124 is integrally formed with the cover 114, the wiring of the lead wires 130 and 132 in the cover 114 is extremely difficult.
  • a substantially rectangular notch is provided in a part of the partition wall 124, and the heat insulating member 126 having two through holes 126a having substantially the same shape as the notch is fitted into the notch of the partition wall 124.
  • the heat insulating member 126 is attached to the bottom plate 102 after the lead wires 130 and 132 are inserted into the two through holes 126a.
  • bushes 134 are respectively attached to the two through holes 126a to improve the heat insulating performance of the heat insulating member 126.
  • This configuration is advantageous in terms of workability because all the parts except the cover 114 are attached to the bottom plate 102 and the lead wires 130 and 132 are wired, and then the cover 114 can be attached to the bottom plate 102.
  • the partition wall 124 can also have a double structure with an air layer interposed therebetween, and the double structure partition wall is further superior in terms of heat insulation performance.
  • the distance from the upper surface of the bottom plate 102 to the upper end of the power transmission coil 112 is D1 ( ⁇ h1 + t1 + t2), and the distance from the upper surface of the bottom plate 102 to the lower surface of the first upper wall 114a of the cover 114 Is D2, the distance D2 is set larger than the distance D1 (D2> D1). That is, a gap having a predetermined height (D2-D1) is formed between the power transmission coil 112 and the cover 114. The height of the gap is preferably set equal, and this gap is an air layer.
  • the distance from the bottom plate 102 to the first upper surface 114a. And the distance from the bottom plate 102 to the second upper surface 114b are set to be different from each other.
  • the height of the first upper surface 114a is set higher than the height of the second upper surface 114b.
  • the non-contact power feeding apparatus 100 having the above configuration may be buried in a parking space shallowly.
  • the non-contact power feeding apparatus 100 itself may be configured to be movable.
  • the power transmission coil 112 and the electronic component group 116 are arranged in line along the traveling direction of the electric propulsion vehicle 400.
  • the height of the first upper surface 114a of the cover 114 and the height of the second upper surface 114b are different from each other, it is possible to instantaneously identify the front and rear (direction) of the power supply device 100, The power supply apparatus 100 can be easily attached.
  • the power receiving device 200 (see FIG. 1) mounted on the electric propulsion vehicle 400 and the power feeding device 100 are positioned so as to face each other through the air gap. In such a positioned state, power is transmitted from the power feeding device 100 to the power receiving device 200 in a contactless manner.
  • the power supply apparatus 100 is installed so that the bottom plate 102 faces downward, whether it is buried or movable. Therefore, in the case of the movable power supply apparatus 100, there is a possibility that a person may touch the cover 114. Further, even in the case of embedding, it is not possible to embed it so deeply, and in some cases, it is assumed that the cover 114 is exposed.
  • an air layer that exhibits a heat insulating effect is provided between the power transmission coil 112 and the cover 114, and the cover 114 that can be touched by the person, particularly the top plate portion ( The Joule heat from the power transmission coil 112 is transmitted to the first upper wall 114a as much as possible. That is, it is possible to provide the power supply apparatus 100 that can reduce overheating of the cover 114.
  • a heat insulating member having a lower thermal conductivity than air can be interposed in the air layer between the power transmission coil 112 and the cover 114. Instead of the air layer, a heat insulating member having a lower thermal conductivity than air is used. By providing, transmission of Joule heat from the power transmission coil 112 to the cover 114 can be further reduced.
  • the heat conducting member 104 has a thermal conductivity larger than that of air. If there is an air layer in the part of the heat conducting member 104, it will move upward by convection when the air is heated, so there will be a high temperature part above the air layer, and heat transfer cannot be expected downward, By disposing a solid having a higher thermal conductivity than air, heat transfer is merely performed by heat conduction and there is no direction of heat transfer, so heat can be efficiently guided downward. Thus, Joule heat generated from the power transmission coil 112 is transmitted to the bottom plate 102 via the heat conducting member 104 and is dissipated.
  • the distance between the upper end of the power transmission coil 112 and the lower surface of the first upper wall 114a is set to be equal, Joule heat can be evenly transmitted to the first upper wall 114a. It is possible to prevent a local temperature rise of the upper wall 114a.
  • the Joule heat generated from the power transmission coil 112 is blocked by the partition wall 124 having heat insulation performance, and can be prevented from being transmitted to the electronic component group 116.
  • the non-contact electric power feeder which can reduce the overheating of an electronic component can be provided.
  • the non-contact power feeding device can reduce overheating of each part (for example, a cover or an electronic component), it is suitable, for example, for charging an electric propulsion vehicle.
  • 100 contactless power supply device 102 bottom plate, 104 heat conduction member, 106 coil base, 108 ferrite, 110 mica plate, 112 power transmission coil, 114 cover, 114a first upper wall, 114b second upper wall, 114c side wall, 116 electronic component group, 118 partition wall, 120 coil holder, 122 shield member, 124 partition wall, 126 heat insulating member, 126a through hole, 130,132 lead wire, 134 bush, 200 power receiving device, 400 Electric propulsion vehicle, S Non-contact power supply system.

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Abstract

 移動体に搭載された受電装置200に非接触で電力を供給する非接触給電装置100に、設置面を構成する底板102と、底板102上に配置され、受電装置200に備わる受電コイルに対し電力を供給する送電コイル112と、底板102上に配置された送電コイル112を覆うように底板102に取り付けられるカバー114とを設け、送電コイル112とカバー114との間には空気による層を形成した。

Description

非接触給電装置
 本発明は、例えば電気自動車やハイブリッド車のような電気推進車両に搭載された2次側コイルへと、内蔵の1次コイルから電力を非接触で伝達する非接触給電装置に関する。
 図6は、従来の非接触給電装置6の構成を示す模式図である。図6において、外部地上側の電源9の電源盤に接続された非接触給電装置(1次側)Fが、電気推進車両に搭載された受電装置(2次側)Gに対し、給電時において、物理的接続なしに空隙空間であるエアギャップを介して対峙するよう配置される。このような配置状態で、給電装置Fに備わる1次コイル7で磁束が形成されると、受電装置Gに備わる2次コイル8に誘導起電力が生じ、これによって、1次コイル7から2次コイル8へと電力が非接触で伝達される。
 受電装置Gは、例えば車載バッテリー10に接続され、上述したようにして伝達された電力が車載バッテリー10に充電される。このバッテリー10に蓄積された電力により車載のモータ11が駆動される。なお、非接触給電処理の間、給電装置Fと受電装置Gとの間では、例えば無線通信装置12により必要な情報交換が行われる。
 図7は、給電装置F及び受電装置Gの内部構造を示す模式図である。特に、図6(a)は、給電装置Fを上方から、また、受電装置Gを下方から見たときの内部構造を示す模式図である。図6(b)は、給電装置F及び受電装置Gを側方から見たときの内部構造を示す模式図である。
 図7において、給電装置Fは、1次コイル7、1次磁心コア13、背板15、及びカバー16等を備える。受電装置Gは、簡単に述べると、給電装置Fと対称的な構造を有しており、2次コイル8、2次磁心コア14、背板15、カバー16等を備え、1次コイル7と1次磁心コア13の表面、および2次コイル8と2次磁心コア14の表面は、それぞれ、発泡材18が混入されたモールド樹脂17にて被覆固定されている。
 すなわち、給電装置F,受電装置G共に、背板15とカバー16間にモールド樹脂17が充填され、内部の1次コイル7、2次コイル8、更には1次磁心コア13、2次磁心コア14の表面が、被覆固定されている。モールド樹脂17は、例えばシリコン樹脂製よりなり、このように内部を固めることにより、1次,2次コイル7,8を位置決め固定し、その機械的強度を確保すると共に、放熱機能も発揮する。すなわち、1次,2次コイル7,8は、励磁電流が流れジュール熱により発熱するが、モールド樹脂17の熱伝導により放熱され、冷却される。
特開2008-87733号公報
 ところで、電気推進車両用途では、給電装置Fから受電装置Gへと大電力が伝達されることから、図7に示されるように、モールド樹脂17により放熱対策がとられていたとしても、まだまだ十分とはいえず、各コイル7,8からのジュール熱が各部に伝わってしまうという課題があった。
 例えば、給電装置Fは、駐車スペースに浅く埋設された状態で使用されたり、地上に置かれた状態で使用されたりするので、給電装置Fの上面側(例えば、カバー16近傍)は、人と接触する可能性がある。
 以上のような背景から、ジュール熱に起因する給電装置Fのカバー16の過熱対策は非常に重要となる。
 また、他の例では、給電装置Fには、1次コイル7と1次磁心コア13以外にも、例えばキャパシタのような電子部品が用いられており、ジュール熱に対するこれら電子部品の過熱対策が非常に重要である。
 本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、送電コイルからのジュール熱の各部(例えばカバーや電子部品)への伝達を低減し、各部(例えばカバーや電子部品)の過熱を防止することが可能な非接触給電装置を提供することを目的としている。
 上記目的を達成するために、本発明の第1の態様は、移動体に搭載された受電装置に対し非接触で電力を供給する非接触給電装置であって、設置面を有する底板と、底板上に配置され、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ことを特徴とする。
 本発明の第2の態様は、移動体に搭載された受電装置に対し非接触で電力を供給する非接触給電装置であって、設置面を有する底板と、底板上に配置され受電装置に非接触で電力を供給する送電コイルと、底板上に配置され送電コイルに接続される電子部品と、底板に取り付けられ送電コイルと電子部品とを覆うカバーとを備え、底板とカバーとで囲まれた空間を、送電コイルを収容する第1の収容空間と、電子部品を収容する第2の収容空間とに仕切る隔壁をさらに備えたことを特徴とする。
 本発明の第1の態様によれば、送電コイルとカバーとの間に断熱効果のある空気層を設けることにより、人が触れる可能性のあるカバーに、送電コイルからのジュール熱が伝わることを低減することができ、カバーの過熱を防止することができる非接触給電装置を提供することができる。
 本発明の第2の態様によれば、送電コイルと電子部品とを隔壁により別々の空間に収容するようにしたので、送電コイルから発するジュール熱が電子部品に伝わりにくくなる。これにより、電子部品の過熱を防止することが可能な非接触給電装置を提供することができる。
図1は本発明に係る非接触給電装置を備えた非接触給電システムの設置例を示す模式図 図2は図1の非接触給電装置の外観斜視図 図3は図2の非接触給電装置の内部構造を示す斜視図 図4は図3の線IV-IVに沿った、非接触給電装置の縦断面図 図5は図2の非接触給電装置の一部を切り欠いた外観斜視図 図6は従来の非接触給電装置の構成を示す模式図 図7は図6の非接触給電装置及びこの給電装置に対峙して配置される受電装置の内部構造を示す模式図
 本発明の第1の態様は、移動体に搭載された受電装置に対し非接触で電力を供給する非接触給電装置であって、設置面を有する底板と、底板上に配置され、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。
 送電コイルとカバーとの間に設けられた断熱効果のある空気層は、人が触れる可能性のあるカバーに、送電コイルからのジュール熱が伝わることを低減するように作用し、カバーの過熱を防止することができる。
 また、空気よりも熱伝導率が高い熱伝導部材を底板と送電コイルとの間に設置することにより、送電コイルからのジュール熱は熱伝導部材を介して外部に放出される。
 熱伝導部材を、セラミック又は樹脂により構成するのが好ましい。
 送電コイルとカバーとの間の空気層に、空気よりも熱伝導率の低い断熱部材を介在させることにより、送電コイルからのジュール熱のカバーへの伝達をさらに低減することができる。
 移動体は典型的には電気推進車両である。
 非接触給電装置は、底板上に配置され送電コイルに接続される電子部品をさらに備えている。ここで、カバーは電子部品をさらに覆っている。また、非接触給電装置は、底板とカバーとで囲まれた空間を、送電コイルを収容する第1の収容空間と、電子部品を収容する第2の収容空間とに仕切る隔壁をさらに備えている。
 第2の収容空間は、第1の収容空間に対し、移動体の前後方向のいずれか一方に設けられる。
 第1の収容空間の底板に対する高さと、第2の収容空間の底板に対する高さとが異なる。
 隔壁は、カバーから底板に向かって延びるようにカバーに一体的に形成され、断熱性を有する。
 隔壁が切欠を有し、切欠に嵌入し複数の貫通孔を有する断熱部材を設け、貫通孔に、送電コイルの一端に接続されたリード線と、送電コイルの他端に接続されたリード線を挿通させている。
 本発明の第2の態様は、移動体に搭載された受電装置に対し非接触で電力を供給する非接触給電装置であって、設置面を有する底板と、底板上に配置され受電装置に非接触で電力を供給する送電コイルと、底板上に配置され送電コイルに接続される電子部品と、底板に取り付けられ送電コイルと電子部品とを覆うカバーとを備え、底板とカバーとで囲まれた空間を、送電コイルを収容する第1の収容空間と、電子部品を収容する第2の収容空間とに仕切る隔壁をさらに設けたものである。
 この構成により、送電コイルから発するジュール熱が電子部品に伝わりにくくなり、電子部品の過熱を防止することができる。
 また、第2の収容空間は、第1の収容空間に対し、移動体の前後方向のいずれか一方に設けられる。
 さらに、第1の収容空間の底板に対する高さと、第2の収容空間の底板に対する高さとが異なることにより、非接触給電装置の前後(方向性)を瞬時に識別することができ、非接触給電装置の取り付けを容易に行うことができる。
 また、隔壁は、カバーから底板に向かって延びるようにカバーに一体的に形成され、断熱性を有しているので、送電コイルから発するジュール熱が電子部品に伝わりにくくなり、電子部品の過熱を防止することができる。
 また、複数の貫通孔を有する断熱部材を、隔壁に形成された切欠に嵌入し、貫通孔に、送電コイルの一端に接続されたリード線と、送電コイルの他端に接続されたリード線を挿通させることにより、リード線の配線を容易に行うことができる。
 以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
 図1は、本発明に係る非接触給電装置100を備えた非接触給電システムSの設置例を示す模式図である。図1において、非接触給電システムSは、地上の所定の場所に配置される非接触給電装置(以下、単に「給電装置」という)100と、移動体側に設置される受電装置200とで構成されている。この非接触給電システムSは、典型的には、例えば電気推進車両400の充電用途に用いられる。この場合、受電装置200は、移動体としての電気推進車両400に設置され、給電装置100は、典型的には地面に設置される。しかし、これに限らず、給電装置100は、例えば駐車スペースに浅く埋設されたり、移動可能に構成されたりしてもかまわない。
 なお、本発明は主として給電装置に適用される。したがって、以下の説明では、受電装置の説明は、特に必要な箇所に限って行うものとする。
 図2は図1に示される給電装置100の外観斜視図であり、図3は図2に示される給電装置100の内部構造を示しており、特に図2に示されるカバー114を取り外したときの斜視図である。また、図4は図3の線IV-IVに沿った給電装置100の縦断面図である。
 図2乃至図4に示されるように、給電装置100は、底板102に順次載置され固定された熱伝導部材104、コイルベース106、フェライト108、マイカ板110、送電コイル112と、これらの部品と離隔した位置で底板102に載置され固定された電子部品群116とを備え、熱伝導部材104、コイルベース106、フェライト108、マイカ板110、送電コイル112、及び電子部品群116は、カバー114で覆われている。
 底板102は、例えばアルミニウム製で、略長方形の形状を有し、その下面は設置面となっている。
 また、カバー114には仕切り壁118が形成され、仕切り壁118の外径はφで高さがhの環状(筒状)の形状を有する。仕切り壁118は、カバー114から下方に突出するようにカバー114と一体成型され、仕切り壁118の下端が底板102にちょうど届くように寸法設定されており、カバー114に上方から加わる可能性がある荷重(例えば、人の体重)に対抗する強度を確保している。熱伝導部材104、コイルベース106、フェライト108、マイカ板110、送電コイル112、電子部品群116は、仕切り壁118の外側に配設される。
 熱伝導部材104は、実質的に、仕切り壁118の外径φよりも若干大きな内径で所定の高さh1の環状(筒状)の形状を有する。熱伝導部材104の材質として導電性の材料を用いると、送電コイル112により形成される磁界により磁気結合し、誘導電流が流れることで不要な発熱が起こり、給電効率の低下等の不具合につながるので、金属や導電性の材料以外の材料が熱伝導部材104の材質として用いられ、例えば、セラミック又は熱伝導率を向上させるフィラーを配合した樹脂が用いられる。
 また、熱伝導部材104の熱伝導率は、所定温度範囲(例えば、150℃以下)における空気の熱伝導率よりも高いのが好ましく、例えば1W/mK以上に設定される。ただし、熱伝導部材104の熱伝導率は可能な限り高いほうが好ましい。
 熱伝導部材104は、その径方向の中央部に形成された貫通孔に仕切り壁118が挿通された状態で、例えばボルト等により底板102に固定され、熱伝導部材104の上には、環状のコイルベース106が載置され、環状のコイルベース106の上に、磁束を集中するためのフェライト108が載置される。
 コイルベース106及びフェライト108は、実質的に、仕切り壁118の外径φより若干大きい内径を有し、厚さt1の環状の形状を有し、その径方向の中央部に形成された貫通孔に仕切り壁118が挿通された状態で、熱伝導部材104の上に配置される。
 また、フェライト108の上には、電気絶縁板としての環状のマイカ板110が載置され、マイカ板110は、実質的に、仕切り壁118の外径φより若干大きい内径を有し、その径方向の中央部に形成された貫通孔に仕切り壁118が挿通される。
 送電コイル112は、実質的に、その内径が仕切り壁118の外径φより若干大きくなるように巻回されており、厚さt2(マイカ板110の厚さを含む)の環状の形状を有する。送電コイル112の径方向の中央部の孔には、仕切り壁118が挿通される。なお、送電コイル112は銅線等で構成されているが、便宜上、例えば図3では円盤状に描かれている。
 電子部品群116は、例えばキャパシタのように、給電装置100の動作(受電装置200に非接触給電を行うための動作)に必要なものであり、本実施の形態では特に、耐熱性能が送電コイル112よりも劣るものを意味する。
 なお、底板102は、図2及び図3に示されるように、その長辺が電気推進車両400の進行方向(矢印Aで示す)に沿うように設計されている。なお、矢印Aで示される方向は給電装置100の前後方向でもある。
 また、熱伝導部材104、フェライト108、送電コイル112等は、電子部品群116から見て、給電装置100あるいは底板102の前寄りあるいは後ろ寄りに配置される。これによって、給電装置100あるいは底板102の後方あるいは前方には空間が生じ、この空間に、電子部品群116が、送電コイル112等から隔離して配置される。
 図4に示されるように、底板102に順次積層された熱伝導部材104、コイルベース106、フェライト108、マイカ板110、送電コイル112は、樹脂製のコイルホルダ120により保持されており、コイルホルダ120の外周面の複数ヵ所には突設部(図示せず)が設けられ、この突設部を介して底板102にボルト等で取り付けられている。
 なお、熱伝導部材104、コイルベース106、フェライト108、マイカ板110は接着剤等により互いに固定するようにしてもよい。
 さらに、熱伝導部材104、コイルベース106、フェライト108、マイカ板110、送電コイル112は、その径方向外側に設けられた円筒状シールド部材122により囲繞されている。シールド部材122は、例えばアルミニウム製で、底板102とシールド部材122で送電コイル112を囲繞することで、送電コイル112から下方あるいは横方向への磁気漏れを極力低減している。
 カバー114は、レジンコンクリートやFRP(Fiber Reinforced Plastics)からなり、第1の上部壁114aと、第2の上部壁114bと、第1の上部壁114a及び/又は第2の上部壁114bより底板102に向かって傾斜して延びる複数の側面114cとを備え、例えばボルト等により底板102に取り付けられる。したがって、カバー114の第1の上部壁114a、第2の上部壁114b、複数の側面114cと、底板102とにより、熱伝導部材104、コイルベース106、フェライト108、マイカ板110、送電コイル112、電子部品群116を収容可能な空間が形成される。
 図4及び図5に示されるように、カバー114には、第1の上部壁114aと第2の上部壁114bとの接続部分から底板102に向かって延びる隔壁124が形成されており、隔壁124は、所定の厚さt3で高さ(最大値)がh2の板状の形状を有し、断熱性を有する。また、隔壁124は、送電コイル112及び電子部品群116の間に、底板102を左右(矢印Aの方向)に横切るように設けられており、本実施の形態では、例示的に、隔壁124はカバー114と一体成型される。
 特に、図4及び図5に示されるように、カバー114は、第1の上部壁114aが送電コイル112の上方を覆い、第2の上部壁114bが電子部品群116の上方を覆うように設計され、第1の上部壁114aと第2の上部壁114bとの接続部分から下方に延びる隔壁124は、その下端が底板102に届くように寸法設定されている。その結果、カバー114内の空間(底板102とカバー114とで囲まれた空間)は、送電コイル112等を収容する第1の収容空間S1と、電子部品群116を収容する第2の収容空間S2とに、隔壁124により仕切られる。これによって、送電コイル112から発生するジュール熱は、断熱性能を有する隔壁124により遮断され、電子部品群116に伝わるのが防止される。
 また、図3及び図5に示されるように、送電コイル112の一端はリード線130に接続され、送電コイル112の他端は別のリード線132に接続されており、リード線130はカバー114の側壁114cの一つを貫通して外部に導出される一方、リード線132は電子部品群116に接続され、さらにリード線130と同様、側壁114cの一つを貫通して外部に導出される。
 したがって、リード線130,132は隔壁124を貫通させる必要があるが、隔壁124をカバー114と一体成型した場合、カバー114内におけるリード線130,132の配線が極めて難しい。
 そこで、本実施の形態においては、隔壁124の一部に略矩形の切欠を設け、この切欠と略同一形状で二つの貫通孔126aを有する断熱部材126を隔壁124の切欠に嵌入させている。この断熱部材126は、その二つの貫通孔126aにリード線130,132を挿通した後、底板102に取り付けられる。なお、二つの貫通孔126aにはブッシュ134がそれぞれ取り付けられており、断熱部材126の断熱性能を向上させている。
 この構成は、カバー114を除くすべての部品を底板102に取り付け、リード線130,132を配線した後、カバー114を底板102に取り付けることができ、作業性の点で有利である。
 なお、断熱部材126の周囲に、例えば接着剤等を塗布し、隔壁124と密着させるのが好ましい。
 また、隔壁124を、空気層を挟んで二重構造とすることもでき、二重構造の隔壁は、断熱性能の点でさらに優れている。
 ここで、図4をさらに参照すると、底板102の上面から送電コイル112の上端までの距離をD1(≒h1+t1+t2)とし、底板102の上面からカバー114の第1の上部壁114aの下面までの距離をD2とすると、距離D2は距離D1より大きく設定されている(D2>D1)。すなわち、送電コイル112とカバー114との間には、所定の高さ(D2-D1)のギャップが形成されている。ギャップの高さは等しく設定されるのが好ましく、このギャップは空気層となっている。
 また、熱伝導部材104、コイルベース106、フェライト108、マイカ板110、送電コイル112の合計高さは、電子部品群116の高さと異なることから、底板102からの第1の上面114aまでの距離と底板102からの第2の上面114bまでの距離は互いに異なるように設定されている。なお、図4の例では、第1の上面114aの高さは第2の上面114bの高さより高く設定されている。
 以上のような構成を有する非接触給電装置100は、駐車スペースに浅く埋設される場合がある。他にも、非接触給電装置100自体が移動可能に構成される場合がある。いずれの場合であっても、電気推進車両400の進行方向に沿って、送電コイル112と電子部品群116とが並ぶように設置される。この時、カバー114の第1の上面114aの高さと第2の上面114bの高さが互いに相違していることから、給電装置100の前後(方向性)を瞬時に識別することが可能となり、給電装置100の取り付けを容易に行うことができる。
 設置後、電気推進車両400に搭載された受電装置200(図1参照)と、給電装置100とが、エアギャップを介して対向するように位置決めされる。このように位置決めされた状態で、給電装置100から受電装置200へと電力が非接触で伝達される。
 なお、給電装置100は、埋設の場合であっても、移動可能な場合でもあっても、底板102が下方を向くように設置される。したがって、移動可能な給電装置100の場合、人がカバー114に触れてしまうおそれがある。また、たとえ埋設の場合であっても、さほど深くは埋設できないし、場合によっては、カバー114が露出することも想定されることから、ジュール熱の放熱対策が重要となる。
 そこで、本実施の形態においては、送電コイル112とカバー114との間に、断熱効果を発揮する空気層を設け、この空気層により、人が触れる可能性のあるカバー114、特に天板部分(第1の上部壁)114aに、送電コイル112からのジュール熱が伝わるのを極力低減している。つまり、カバー114の過熱を低減可能な給電装置100を提供することが可能となる。
 なお、送電コイル112とカバー114との間の空気層に、空気よりも熱伝導率の低い断熱部材を介在させることもでき、空気層に代えて、空気よりも熱伝導率の低い断熱部材を設けることで、送電コイル112からのジュール熱のカバー114への伝達をさらに低減することができる。
 また、上述したように、熱伝導部材104は、空気の熱伝導率よりも大きい熱伝導率を有している。熱伝導部材104の部分に空気層がある場合は、空気が加熱されると対流により上方に移動するため、空気層の上方に高温部が存在することとなり、下方へ熱移動は期待できないが、空気よりも熱伝導率の高い固体を配置することで、単に熱伝導だけの熱移動となり、熱移動の方向性が無いことから、下方に熱を効率良く導くことが可能となる。これによって、送電コイル112から発するジュール熱は、熱伝導部材104を介して底板102に伝わり、放散される。より具体的には、例えば地面のような設置面に本給電装置100を設置した場合には、底板102からこの設置面へと熱が伝達され放散される。なお、底板102と設置面の間に空気層(空隙)が介在する場合には、底板102から空気層に熱が放散される。言い換えると、天板(第1の上部壁)114aの方にジュール熱が伝わることをさらに低減することが可能となる。
 また、送電コイル112の上端から第1の上部壁114aの下面との間は等距離に設定されているので、第1の上部壁114aにジュール熱を均等に伝えることが可能になり、第1の上部壁114aの局所的な温度上昇を防止することができる。
 また、上述したように、送電コイル112から発生するジュール熱は、断熱性能を有する隔壁124により遮断され、電子部品群116に伝わることを防止することができる。このように、本実施の形態によれば、電子部品の過熱を低減可能な非接触給電装置を提供することができる。
 本発明に係る非接触給電装置は、各部(例えばカバーや電子部品)の過熱を低減することができるので、例えば電気推進車両の充電用途に好適である。
100 非接触給電装置、 102 底板、 104 熱伝導部材、
106 コイルベース、 108 フェライト、 110 マイカ板、
112 送電コイル、 114 カバー、 114a 第1の上部壁、
114b 第2の上部壁、 114c 側壁、 116 電子部品群、
118 仕切り壁、 120 コイルホルダ、 122 シールド部材、
124 隔壁、 126 断熱部材、 126a 貫通孔、 
130,132 リード線、 134 ブッシュ、 200 受電装置、
400 電気推進車両、 S 非接触給電システム。

Claims (15)

  1. 移動体に搭載された受電装置に対し非接触で電力を供給する非接触給電装置であって、
     設置面を有する底板と、
     前記底板上に配置され、前記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、
     前記送電コイルを覆うように前記底板に取り付けられるカバーと、
    を備え、
     前記送電コイルと前記カバーとの間に空気層が形成されていることを特徴とする非接触給電装置。
  2. 空気よりも熱伝導率が高い熱伝導部材を前記底板と前記送電コイルとの間に設置したことを特徴とする請求項1に記載の非接触給電装置。
  3. 前記熱伝導部材は、セラミック又は樹脂により構成されることを特徴とする請求項2に記載の非接触給電装置。
  4. 前記送電コイルと前記カバーとの間の空気層に、空気よりも熱伝導率の低い断熱部材を介在させたことを特徴とする請求項1に記載の非接触給電装置。
  5. 前記移動体が電気推進車両であることを特徴とする請求項1に記載の非接触給電装置。
  6. 前記非接触給電装置は、前記底板上に配置され、前記送電コイルに接続される電子部品をさらに備え、
     前記カバーは前記電子部品をさらに覆い、
     前記非接触給電装置は、前記底板と前記カバーとで囲まれた空間を、前記送電コイルを収容する第1の収容空間と、前記電子部品を収容する第2の収容空間とに仕切る隔壁をさらに備えた、請求項1に記載の非接触給電装置。
  7. 前記第2の収容空間は、前記第1の収容空間に対し、前記移動体の前後方向のいずれか一方に設けられることを特徴とする請求項6に記載の非接触給電装置。
  8. 前記第1の収容空間の前記底板に対する高さと、前記第2の収容空間の前記底板に対する高さとが異なることを特徴とする請求項6に記載の非接触給電装置。
  9. 前記隔壁は、前記カバーから前記底板に向かって延びるように前記カバーに一体的に形成され、断熱性を有することを特徴とする請求項6に記載の非接触給電装置。
  10. 前記隔壁が切欠を有し、前記切欠に嵌入し複数の貫通孔を有する断熱部材を設け、前記貫通孔に、前記送電コイルの一端に接続されたリード線と、前記送電コイルの他端に接続されたリード線を挿通させたことを特徴とする請求項6に記載の非接触給電装置。
  11. 移動体に搭載された受電装置に対し非接触で電力を供給する非接触給電装置であって、
     設置面を有する底板と、
     前記底板上に配置され、前記受電装置に非接触で電力を供給する送電コイルと、
     前記底板上に配置され、前記送電コイルに接続される電子部品と、
     前記底板に取り付けられ、前記送電コイルと前記電子部品とを覆うカバーと、
    を備え、
     前記底板と前記カバーとで囲まれた空間を、前記送電コイルを収容する第1の収容空間と、前記電子部品を収容する第2の収容空間とに仕切る隔壁をさらに備えたことを特徴とする非接触給電装置。
  12. 前記第2の収容空間は、前記第1の収容空間に対し、前記移動体の前後方向のいずれか一方に設けられることを特徴とする請求項11に記載の非接触給電装置。
  13. 前記第1の収容空間の前記底板に対する高さと、前記第2の収容空間の前記底板に対する高さとが異なることを特徴とする請求項11に記載の非接触給電装置。
  14. 前記隔壁は、前記カバーから前記底板に向かって延びるように前記カバーに一体的に形成され、断熱性を有することを特徴とする請求項11に記載の非接触給電装置。
  15. 前記隔壁が切欠を有し、前記切欠に嵌入し複数の貫通孔を有する断熱部材を設け、前記貫通孔に、前記送電コイルの一端に接続されたリード線と、前記送電コイルの他端に接続されたリード線を挿通させたことを特徴とする請求項11に記載の非接触給電装置。
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