JP2016103613A - Coil unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、巻き線を巻回することにより形成されたコイルを有するコイルユニットに関する。 The present invention relates to a coil unit having a coil formed by winding a winding.
従来、車両が停止する位置の地面側に設けられた送電装置と、車両に設けられると共に車載バッテリに接続された受電装置とを含み、送電装置から電力を車両側の受電装置にワイヤレス(無線)で送電する電力伝送システムが知られている(例えば、特許文献1参照)。この電力伝送システムにおいて、送電装置および受電装置の各々は、渦巻き状の共鳴コイルと、電磁誘導コイルと、共鳴コイルおよび電磁誘導コイルを収容する例えば樹脂製のコイルケースとを有する。コイルケース内には、底板(天板)に沿うようにシールド部材が配置され、シールド部材上には、コア部材が配置される。そして、電磁誘導コイルおよび共鳴コイルとは、コイルケース内のコア部材上に配置され、それぞれのコイル周回軸(巻回軸)は、車両の上下方向に延在する。 2. Description of the Related Art Conventionally, a power transmission device provided on the ground side at a position where a vehicle stops and a power reception device provided on the vehicle and connected to an in-vehicle battery, wirelessly transmits power from the power transmission device to the power reception device on the vehicle side. There is known a power transmission system that transmits power by using (for example, see Patent Document 1). In this power transmission system, each of the power transmission device and the power reception device includes a spiral resonance coil, an electromagnetic induction coil, and a coil case made of, for example, resin that accommodates the resonance coil and the electromagnetic induction coil. A shield member is disposed along the bottom plate (top plate) in the coil case, and a core member is disposed on the shield member. And an electromagnetic induction coil and a resonance coil are arrange | positioned on the core member in a coil case, and each coil surrounding axis (winding axis) is extended in the up-down direction of a vehicle.
また、従来、移動体の走行路に沿って設けられた給電部と、移動体に設けられた受電部とを含み、給電部に受電部を対面させて給電を行う移動体の非接触給電装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。この非接触給電装置の給電部および受電部は、アルミ製の基板と、絶縁部材を介して基板上に配置されるフェライト製の板状コアと、当該板状コアの表面に形成された凹部に収容される長円状のコイル(巻き線)とを有する。また、給電部の基板は、移動体の走行路等に取り付けられ、受電部の基板は、移動体の下部に取り付けられる。更に、給電部および移動体の基板には、板状コアや巻き線を覆うように保護カバーが取り付けられる。 Further, conventionally, a non-contact power feeding device for a mobile body that includes a power feeding unit provided along a traveling path of the mobile body and a power receiving unit provided on the mobile body, and performs power feeding with the power receiving unit facing the power receiving unit. Is known (see, for example, Patent Document 1). The power feeding unit and the power receiving unit of the non-contact power feeding device include an aluminum substrate, a ferrite plate-like core disposed on the substrate via an insulating member, and a recess formed on the surface of the plate-like core. And an oval coil (winding) to be accommodated. Moreover, the board | substrate of a electric power feeding part is attached to the traveling path etc. of a mobile body, and the board | substrate of a power receiving part is attached to the lower part of a mobile body. Further, a protective cover is attached to the power feeding unit and the substrate of the moving body so as to cover the plate-like core and the winding.
上記特許文献1に記載されたシールド部材や、特許文献2に記載されたアルミ製の基板は、何れもコイルおよびフェライトよりも大きい面積を有している。ただし、本発明者等の研究・解析によれば、このようなシールド部材等を含むコイルユニットでは、コイルユニット間(送電装置と受電装置との間)の位置ズレが発生すると、電力の伝送効率が著しく低下することが判明した。更に、コイルユニット間の位置ズレが発生すると、コイルのL値が著しく変動して共振周波数が変動することも判明した。
The shield member described in
そこで、本発明は、電力の伝送効率の低下やコイルのインダクタンスの変動を良好に抑制することができるコイルユニットの提供を主目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is a primary object of the present invention to provide a coil unit that can satisfactorily suppress a reduction in power transmission efficiency and fluctuations in coil inductance.
本発明によるコイルユニットは、巻き線を巻回することにより形成されたコイルを有するコイルユニットにおいて、前記巻き線の巻回軸と交差するように前記コイルに固定されるコア部材と、前記コア部材に関して前記コイルとは反対側に配置されるシールド部材とを備え、前記シールド部材の周縁部の少なくとも一部は、前記コア部材の周縁部よりも内側に位置することを特徴とする。 The coil unit according to the present invention is a coil unit having a coil formed by winding a winding, and a core member fixed to the coil so as to intersect a winding axis of the winding, and the core member And a shield member disposed on the opposite side of the coil, wherein at least a part of the peripheral edge portion of the shield member is located inside the peripheral edge portion of the core member.
このコイルユニットは、巻き線を巻回することにより形成されたコイルと、巻き線の巻回軸と交差するようにコイルに固定されるコア部材と、コア部材に関してコイルとは反対側に配置されるシールド部材とを含む。そして、このコイルユニットにおいて、シールド部材の周縁部の少なくとも一部は、コア部材の周縁部よりも内側(巻回軸側)に位置する。これにより、このコイルユニットでは、コイルやコア部材に出入りする磁束がシールド部材により遮られてしまうのを抑制することが可能となる。従って、磁束の増加によってコイルのQ値(インダクタンス)をより高くすると共に、当該コイルのインダクタンスの変動をより小さくし、かつ他のコイルユニットのコイルとの間における結合係数をより高くすることができる。この結果、電力の伝送効率の低下やコイルのインダクタンスの変動を良好に抑制することが可能となる。 This coil unit is arranged on the opposite side of the coil with respect to the core member formed by winding the winding, the core member fixed to the coil so as to intersect the winding axis of the winding, and And a shield member. And in this coil unit, at least one part of the peripheral part of a shield member is located inside (winding shaft side) rather than the peripheral part of a core member. Thereby, in this coil unit, it becomes possible to suppress that the magnetic flux which goes in and out of a coil and a core member will be interrupted | blocked by a shield member. Therefore, the Q value (inductance) of the coil can be increased by increasing the magnetic flux, the fluctuation of the inductance of the coil can be reduced, and the coupling coefficient between the coils of other coil units can be increased. . As a result, it is possible to satisfactorily suppress a reduction in power transmission efficiency and fluctuations in coil inductance.
また、前記コイルユニットは、車両に搭載されると共に、前記車両の外部に配置された送電装置からの電力を非接触で受電する受電装置として構成されてもよく、前記シールド部材の前記周縁部のうち、前記車両の車幅方向に延びる一対の周縁部は、それぞれに近接する前記コア部材の前記周縁部よりも内側に位置してもよい。すなわち、送電装置に対する車両の停車位置(受電装置の対向位置)のズレ量は、一般に車両の車幅方向に比べて車両の前後方向で小さくなる。従って、受電装置において、車幅方向に延びるシールド部材の周縁部をそれに近接するコア部材の周縁部よりも内側に位置させることで、送電装置に対する車両の停車位置がズレたとしても、磁束がシールド部材により遮られてしまうのを抑制して受電装置から送電装置側に向かう磁束を充分に確保することができる。この結果、磁束の増加によって受電装置のコイルのQ値(インダクタンス)をより高くすると共に、当該コイルのインダクタンスの変動をより小さくし、かつ送電装置と受電装置との間の結合係数をより高くすることが可能となる。 In addition, the coil unit may be configured as a power receiving device that is mounted on a vehicle and receives power from a power transmitting device arranged outside the vehicle in a non-contact manner. Of these, the pair of peripheral edge portions extending in the vehicle width direction of the vehicle may be positioned inside the peripheral edge portion of the core member adjacent to each other. That is, the amount of deviation of the stop position of the vehicle relative to the power transmission device (position facing the power receiving device) is generally smaller in the front-rear direction of the vehicle than in the vehicle width direction of the vehicle. Therefore, in the power receiving device, by positioning the peripheral portion of the shield member extending in the vehicle width direction inside the peripheral portion of the core member adjacent to the shield member, the magnetic flux is shielded even if the stop position of the vehicle with respect to the power transmission device is displaced. It is possible to sufficiently ensure the magnetic flux from the power receiving device toward the power transmission device while being blocked by the member. As a result, the Q value (inductance) of the coil of the power receiving device is increased by increasing the magnetic flux, the fluctuation of the inductance of the coil is decreased, and the coupling coefficient between the power transmitting device and the power receiving device is increased. It becomes possible.
更に、前記受電装置において、前記シールド部材の周縁部のうち、前記車両の前後方向に延びる一対の周縁部は、それぞれに近接する前記コア部材の前記周縁部よりも外側に位置してもよい。これにより、受電装置のコア部材に流入する磁束を充分に確保しつつ、車両側からの輻射熱により受電装置が昇温するのを良好に抑制することが可能となる。 Furthermore, in the power receiving device, a pair of peripheral portions extending in the front-rear direction of the vehicle among the peripheral portions of the shield member may be positioned outside the peripheral portions of the core member adjacent to each other. Accordingly, it is possible to satisfactorily suppress the temperature increase of the power receiving device due to the radiant heat from the vehicle side while sufficiently securing the magnetic flux flowing into the core member of the power receiving device.
また、前記受電装置において、前記シールド部材の周縁部のうち、前記車両の前後方向に延びる一対の周縁部は、それぞれに近接する前記コア部材の前記周縁部よりも内側に位置してもよい。上述のように、送電装置に対する車両の停車位置(受電装置の対向位置)のズレ量は、一般に車両の前後方向に比べて車両の車幅方向で大きくなる。従って、受電装置において、車両の前後方向に延びるシールド部材の一対の周縁部をそれぞれに近接するコア部材の周縁部よりも内側に位置させることで、送電装置に対する車両の停車位置(受電装置の対向位置)がズレたとしても、磁束がシールド部材により遮られてしまうのを抑制して受電装置から送電装置側に向かう磁束をより多くすることが可能となる。 Further, in the power receiving device, a pair of peripheral portions extending in the front-rear direction of the vehicle among the peripheral portions of the shield member may be positioned inside the peripheral portions of the core member adjacent to each other. As described above, the amount of deviation of the stop position of the vehicle (opposite position of the power receiving device) with respect to the power transmission device is generally greater in the vehicle width direction than in the vehicle front-rear direction. Accordingly, in the power receiving device, the pair of peripheral edge portions of the shield member extending in the front-rear direction of the vehicle is positioned inside the peripheral edge portions of the core members adjacent to each other, so that the stop position of the vehicle relative to the power transmitting device (opposite the power receiving device). Even if the position is shifted, it is possible to suppress the magnetic flux from being blocked by the shield member and to increase the magnetic flux from the power receiving device toward the power transmitting device.
更に、前記コイルユニットは、前記コイルから車両に搭載された受電装置に非接触で電力を供給する送電装置として構成されてもよく、前記シールド部材の前記周縁部のうち、前記車両の車幅方向に延びる一対の周縁部は、それぞれに近接する前記コア部材の前記周縁部よりも内側に位置してもよい。これにより、送電装置に対する車両の停車位置(受電装置の対向位置)がズレたとしても、磁束がシールド部材により遮られてしまうのを抑制して送電装置のコア部材に流入する磁束を充分に確保することができる。この結果、磁束の増加によって送電装置のコイルのQ値(インダクタンス)をより高くすると共に、当該コイルのインダクタンスの変動をより小さくし、かつ送電装置と受電装置との間の結合係数をより高くすることが可能となる。 Further, the coil unit may be configured as a power transmission device that supplies electric power from the coil to a power receiving device mounted on the vehicle in a contactless manner, and the vehicle width direction of the vehicle among the peripheral portions of the shield member. A pair of peripheral edge portions extending inward may be located inside the peripheral edge portions of the core member adjacent to each other. As a result, even if the stop position of the vehicle with respect to the power transmission device (position opposite to the power reception device) is deviated, the magnetic flux is prevented from being blocked by the shield member, and the magnetic flux flowing into the core member of the power transmission device is sufficiently secured. can do. As a result, the Q value (inductance) of the coil of the power transmission device is increased by increasing the magnetic flux, the variation of the inductance of the coil is decreased, and the coupling coefficient between the power transmission device and the power reception device is increased. It becomes possible.
また、前記送電装置において、前記シールド部材の前記周縁部のうち、前記車両の前後方向に延びる一対の周縁部は、それぞれに近接する前記コア部材の前記周縁部よりも内側に位置してもよい。これにより、送電装置に対する車両の停車位置(受電装置の対向位置)がズレたとしても、より多くの磁束を送電装置のコア部材に流入させることが可能となる。 In the power transmission device, a pair of peripheral edges extending in the front-rear direction of the vehicle among the peripheral edges of the shield member may be located inside the peripheral edges of the core member adjacent to each other. . Thereby, even if the stop position of the vehicle (opposite position of the power receiving device) with respect to the power transmission device is shifted, more magnetic flux can be caused to flow into the core member of the power transmission device.
更に、前記受電装置または前記送電装置において、前記シールド部材の前記前後方向に延びる周縁部と、それに近接する前記コア部材の前記周縁部との距離は、前記シールド部材の前記車幅方向に延びる周縁部と、それに近接する前記コア部材の前記周縁部との距離よりも長くてもよい。これにより、送電装置に対する車両の停車位置(受電装置の対向位置)が車幅方向に大きくズレたとしても、受電装置から送電装置側に向かう磁束を充分に確保したり、送電装置のコア部材に流入する磁束を充分に確保したりすることが可能となる。 Furthermore, in the power receiving device or the power transmission device, the distance between the peripheral edge portion extending in the front-rear direction of the shield member and the peripheral edge portion of the core member adjacent thereto is the peripheral edge extending in the vehicle width direction of the shield member. It may be longer than the distance between the portion and the peripheral portion of the core member adjacent to the portion. As a result, even if the stop position of the vehicle with respect to the power transmission device (the position where the power reception device faces) greatly deviates in the vehicle width direction, sufficient magnetic flux from the power reception device toward the power transmission device can be secured, or the core member of the power transmission device It is possible to ensure a sufficient amount of magnetic flux flowing in.
また、前記コイルは、空芯部を有するように前記巻き線を巻回することにより形成されてもよく、前記シールド部材は、前記コイルの前記空芯部を覆うように配置されてもよい。これにより、コイルの空芯部を通過した磁束や当該空芯部を通過しようとする磁束をシールド部材により遮断することができる。この結果、コイルの空芯部を通過した磁束による渦電流が流れることで当該コイル周辺の部材等が高温化するのを良好に抑制することが可能となる。 The coil may be formed by winding the winding so as to have an air core portion, and the shield member may be disposed so as to cover the air core portion of the coil. Thereby, the magnetic flux which passed the air core part of a coil, and the magnetic flux which is going to pass the said air core part can be interrupted | blocked by a shield member. As a result, it is possible to satisfactorily prevent the eddy current caused by the magnetic flux that has passed through the air-core portion of the coil from flowing and the members around the coil from being heated to a high temperature.
次に、図面を参照しながら本発明を実施するための形態について説明する。 Next, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明によるコイルユニットを含む給電システム1の概略構成図である。同図に示す給電システム1は、エンジンEGや電動機MG、バッテリ200を搭載したハイブリッド自動車である車両100に搭載されるコイルユニットである非接触式受電装置(以下、単に「受電装置」という)10と、駐車場等の車両の停車スペースに設置されるコイルユニットである非接触式送電装置(以下、単に「送電装置」という)20とを含むものである。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a
受電装置10は、図1および図2に示すように、巻回型の受電コイル11や、コア部材110、受電コイル11に直列に接続されて当該受電コイル11と共に共振回路を構成するコンデンサ12、これらを収容する例えば樹脂製の筐体15等を有する。本実施形態において、受電コイル11は、巻き線を同一平面上で例えば正方形状に巻回することにより形成された平板状の渦巻きコイルであり、巻き線により囲まれた空芯部11cを有する。ただし、受電コイル11は、巻き線を同一平面上で円形状あるいは長方形状に巻回することにより形成されたものであってもよく、比較的低背なものであれば、巻き線を螺旋状に巻回することにより形成された螺旋状コイルであってもよい。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
コア部材110は、本実施形態ではフェライト等の強磁性体により形成された複数の部材により構成され、図2に示すように、例えば正方形状の平面形状(輪郭)を有するフランジ状の平板部111と、平板部111の略中央部から一側(図2における上側)に突出する中空の突出部112とを有する。本実施形態において、コア部材110の突出部112は、有蓋筒状に形成され、例えば角筒状かつ短尺(低背)の壁部113と、当該壁部113の先端を塞ぐ平板状の天板部114とを有する。また、コア部材110の平板部111は、突出部112(壁部113)の基端部から壁部113と垂直かつ外方(径方向外側)に延在する。更に、コア部材110の平板部111には、突出部112を包囲するように受電コイル11が固定される。
In this embodiment, the
すなわち、コア部材110は、平板部111や天板部114が巻き線の巻回軸と直交(交差)するように受電コイル11に固定される。また、コア部材110の突出部112は、受電コイル11の空芯部11c内に挿入され、受電コイル11の巻き線は、突出部112(壁部113)の外周面に沿って延びる。更に、コア部材110の突出部112内には、コンデンサ12が配置され、当該コンデンサ12は、天板部114の裏面(図2における上面)に固定される。本実施形態において、受電コイル11、コア部材110、コンデンサ12は、1体のアセンブリとして組み立てられる。ただし、コンデンサ12は、当該アセンブリから別体化されて筐体15に固定されてもよい。
That is, the
受電装置10の筐体15は、何れも樹脂により形成されたベース部材151およびカバー152を含む。ベース部材151は、平板状に形成されており、例えば正方形状の平面形状(輪郭)を有する。カバー152は、正方形状の平面形状(輪郭)を有する天板部153と、互いに対向するように天板部153の周縁部に沿って延びる一対の側壁部154xと、それぞれ側壁部154xと直交するように天板部153の周縁部に沿って延びる一対の側壁部154yとを有する(図3参照)。カバー152は、側壁部154xおよび154yの端面がベース部材151の表面(図2における上面)と当接するように当該ベース部材151に固定される。これにより、ベース部材151とカバー152とにより、受電コイル11やコア部材110、コンデンサ12等の収容空間が画成される。本実施形態において、受電コイル11およびコア部材110は、コア部材110の長手方向がベース部材151の長手方向と平行に延在するように筐体15内に収容される。なお、筐体15は、受電コイル11やコンデンサ12等に対してモールド成形されてもよい。
The
図3に示すように、カバー152の各側壁部154xからは、図示しないボルトを介して車両100のフロアパネル101に固定される取付フランジ部155が延出されている。本実施形態において、受電装置10は、受電コイル11(巻き線)の巻回軸(空芯部11cの中心軸)が車両100の上下方向に延在すると共に、筐体15(カバー152)の側壁部154xが車両100の前後方向と平行に延在するように、当該車両100のフロアパネル101に取り付けられる。また、受電コイル11は、コア部材110の平板部111よりも路面に近接するように筐体15内に収容される。
As shown in FIG. 3, from each
更に、受電装置10は、図2および図3に示すように、筐体15と共に車両100に取り付けられるシールド部材17を含む。シールド部材17は、筐体15の取付フランジ部155と共に図示しないボルトを介して車両100のフロアパネル101に固定される。図3に示すように、シールド部材17は、筐体15と、フロアパネル101およびエンジンEGからの排ガスが流通する排気管102との車両100の上下方向における間に位置する。これにより、シールド部材17は、コア部材110に関して受電コイル11とは反対側に配置される。
Furthermore, the
本実施形態において、シールド部材17は、交流磁束を遮断可能なアルミニウム合金等の金属により車両100の底部、すなわちフロアパネル101に沿って延在すると共に排気管102と干渉(接触)しないように形成される。加えて、フロアパネル101には、図3に示すように、一対の保護部材18が固定される。各保護部材18は、筐体15の各側壁部154xを側方から覆うように車両100の前後方向に延在する。受電装置10すなわち筐体15内の受電コイル11およびコンデンサ12は、ワイヤーハーネス19、図示しないフィルタ、整流器、リレー等を介してバッテリ200に接続される。
In the present embodiment, the
図4において実線で示すように、受電装置10において、シールド部材17の車両100の前後方向における長さ、すなわち当該前後方向に延びる一対の周縁部17xの長さは、車両100の前後方向に延びる筐体15(カバー152)の一対の側壁部154xの長さや、車両100の前後方向に延びるコア部材110(平板部111)の一対の周縁部111xの長さよりも短く定められている。これに対して、シールド部材17の車両100の車幅方向における長さ、すなわち当該車幅方向に延びる一対の周縁部17yの幅は、図4に示すように、車両100の前後方向に延びる筐体15の一対の側壁部154yや、車両100の車幅方向に延びるコア部材110の一対の周縁部111yの長さよりも長く定められている。
As shown by a solid line in FIG. 4, in
そして、シールド部材17は、車両100の車幅方向に延びる一対の周縁部17yが、それぞれに近接するコア部材110(平板部111)の当該車幅方向に延びる周縁部111yよりも内側すなわち突出部112(受電コイル11の巻回軸)側に位置するようにフロアパネル101に取り付けられる。また、シールド部材17が車両100に取り付けられた際、車両100の前後方向に延びるシールド部材17の一対の周縁部17xは、それぞれに近接するコア部材110(平板部111)の当該前後方向に延びる周縁部111xや筐体15(カバー152)の当該前後方向に延びる側壁部154xよりも車幅方向における外側に位置する。すなわち、シールド部材17が車両100に取り付けられた際、当該シールド部材17の各周縁部17xは、それぞれに近接するコア部材110の周縁部111xや筐体15の側壁部154xよりも突出部112(受電コイル11の巻回軸)から離間する。更に、図2および図4からわかるように、筐体15内の受電コイル11の空芯部11cは、シールド部材17により上方から覆われる。
The
図5は、給電システム1を構成する送電装置20を示す部分断面図であり、図6は、送電装置20を示す模式図である。これらの図面に示すように、送電装置20は、送電コイル21や、コア部材210、送電コイル21に直列に接続されて当該送電コイル21と共に共振回路を構成するコンデンサ22、所定周波数の交流電力(高周波電力)を送電コイルに供給するための複数の電力機器23、通信アンテナ24、電子制御装置(制御回路)25、これらを収容する筐体30等を有する。
FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing the
送電コイル21は、巻き線を図示しない樹脂製のボビンの周りに同一平面上で例えば長方形状に巻回することにより形成された平板状の渦巻きコイルであり、巻き線により囲まれた空芯部21cを有する。ただし、送電コイル21は、巻き線を同一平面上で円形状あるいは正方形状に巻回することにより形成されたものであってもよく、比較的低背なものであれば、巻き線を螺旋状に巻回することにより形成された螺旋状コイルであってもよい。また、本実施形態において、送電コイル21の短辺および長辺の長さは、受電コイル11の一辺の長さよりも長く定められている。
The
コア部材210は、本実施形態ではフェライト等の強磁性体により形成された複数の部材により構成される。図5に示すように、コア部材210は、例えば長方形状の平面形状(輪郭)を有するフランジ状の平板部211と、平板部211の略中央部から一側(図5における上側)に突出する中空の突出部212とを有する。本実施形態において、コア部材210の突出部212は、有蓋筒状に形成され、例えば短尺(低背)かつ角筒状の壁部213と、当該壁部213の先端を塞ぐ平板状の天板部214とを有する。また、コア部材210の平板部211は、突出部212(壁部213)の基端部から壁部213と垂直かつ外方(径方向外側)に延在する。更に、コア部材110の平板部211には、突出部212を包囲するように受電コイル11が固定される。すなわち、コア部材210は、平板部211や天板部214が巻き線の巻回軸と直交(交差)するように送電コイル21に固定される。また、コア部材210の突出部212は、送電コイル21の空芯部21c内に挿入され、送電コイル21の巻き線は、突出部212(壁部213)の外周面に沿って延びる。
In this embodiment, the
電力機器23は、家庭用電源といった外部電源としての交流電源40からの電力を直流電力に変換する整流器や、整流器からの電力を交流電力(高周波電力)に変換するインバータ、高周波ノイズを除去するフィルタ等を含む。通信アンテナ24は、本実施形態において、送電装置20の電子制御装置25と車両100の電子制御装置との間で例えばWI−FI規格による無線通信を可能とするコイルアンテナとして構成される。電子制御装置25は、通信アンテナ24を介して車両100の図示しない電子制御装置と情報をやり取りしながら、整流器やインバータ等を制御する。
The
また、図5に示すように、送電装置20の筐体30は、ベース部材31およびカバー32を含む。ベース部材31は、例えばアルミニウム合金等の金属を鋳造することにより形成されており、長方形状の平面形状(輪郭)を有する。カバー32は、樹脂(非磁性材料)により形成されており、長方形状の平面形状(輪郭)を有する天板部と、当該天板部の周縁部に沿って延在する側壁部とを有する。カバー32は、図示しない複数のボルト等により当該ベース部材31に固定され、例えばベース部材31とカバー32の側壁部の端面との間には、図示しない無担状のシール部材が配置される。これにより、筐体30には、ベース部材31とカバー32とにより、送電コイル21やコア部材210、電力機器23、通信アンテナ24、電子制御装置25等の収容空間が画成される。そして、筐体30の収容空間内には、送電コイル21やコア部材210等と共に、ベース部材31により支持されるシールド部材33が配置される。
Further, as illustrated in FIG. 5, the
シールド部材33は、交流磁束を遮断可能な例えばアルミニウム合金等の金属(非磁性導電材料)を鋳造することにより形成される。図5に示すように、シールド部材33は、例えば長方形状の平面形状(輪郭)を有するフランジ状のコア支持部331と、コア支持部331の略中央部から一側(図5における上側)に突出する中空の突出支持部332と、コア支持部331の周縁部から突出支持部332の突出方向とは反対側(図5における下側)に延出された支持壁部335とを有する。
The
本実施形態において、シールド部材33の突出支持部332は、コア部材210の突出部212内に嵌合可能な有蓋筒状に形成され、例えば角筒状かつ短尺(低背)の壁部333と、当該壁部333の先端を塞ぐ平板状の天板部334とを有する。また、シールド部材33のコア支持部331は、平板状に形成されており、突出支持部332(壁部333)の基端部から壁部333と垂直かつ外方(径方向外側)に延在する。更に、支持壁部335は、例えば角筒状に形成されており、当該支持壁部335(コア支持部331)の輪郭線の内側の面積(平面視した際の投影面積)は、コア部材210(平板部211)の輪郭線の内側の面積よりも小さく定められている。
In the present embodiment, the projecting
シールド部材33には、ベース部材31への組み付けに先立って、送電コイル21を保持したコア部材210およびコンデンサ22が予め固定される。すなわち、送電コイル21、コア部材210、コンデンサ22およびシールド部材33は、ベース部材31への組み付けに先立って、1体のアセンブリとして組み立てられる。図5に示すように、コア部材210は、平板部211の裏面とコア支持部331の表面とが対向するようにシールド部材33に固定され、突出部212内には、シールド部材33の突出支持部332が配置される。本実施形態において、コア部材210の裏面(図5における下面)は、樹脂等の絶縁部材215により覆われており、コア部材210とシールド部材33との間には、図5に示すように、当該絶縁部材215が介設される。
Prior to assembly to the
これにより、コア部材210の平板部211がシールド部材33のコア支持部331により支持され、コア部材210の突出部212はシールド部材33の突出支持部332により支持される。また、コンデンサ22は、図5に示すように、シールド部材33の突出支持部332内に配置され、天板部334の裏面(図5における下面)に固定される。更に、コンデンサ22は、送電コイル21と電気的に接続される。図5に示すように、コア部材210がシールド部材33に固定された際、コア部材210の平板部211は、シールド部材33のコア支持部331よりも外方に張り出す。すなわち、コア支持部331の周縁部は、全周にわたって、コア部材210の平板部211の周縁部よりも当該平板部211の延在方向における内側すなわち突出支持部332(送電コイル21の巻回軸側)に位置する。なお、コア部材210とシールド部材33との間に絶縁部材215を介設することで、コア部材210を流れる磁束がシールド部材33に流入しないようにして渦電流損が発生するのを抑制することができる。
Accordingly, the
送電コイル21やコア部材210と一体化されたシールド部材33は、支持壁部335の端面がベース部材31の表面と当接するように当該ベース部材31に固定され、コア部材210に関して送電コイル21とは反対側に位置する。また、複数の電力機器23や電子制御装置25等は、それぞれベース部材31の予め定められた位置に図示しないボルト等を介して固定され、シールド部材33により覆われる。更に、ベース部材31とシールド部材33との間に配置された各電力機器23は、ケーブル(ワイヤーハーネス)を介して、送電コイル21やコンデンサ22といった対応する要素に電気的に接続される。
The
送電コイル21、コア部材210、シールド部材33、電力機器23等がベース部材31に組み付けられた後、当該ベース部材31にカバー32が固定される。また、通信アンテナ24は、シールド部材33により覆われないように筐体30内に収容され、図示しないケーブルを介して電子制御装置25と電気的に接続される。これにより、通信アンテナ24からの電磁波は樹脂製のカバー32によって遮断されないことから、電子制御装置25と車両100側の電子制御装置との間で通信アンテナ24を介して良好に情報をやり取り(無線通信)することが可能となる。
After the
そして、送電装置20は、筐体30、送電コイル21およびコア部材210の長手方向が停車スペースにおける車両100の車幅方向と平行に延在すると共に、送電コイル21の巻回軸が鉛直方向すなわち車両100の上下方向に延在するように、当該停車スペースに設置される。また、筐体30内の送電コイル21は、コア部材210の平板部211よりも上方すなわち車両100側に位置する。
In the
図6に示すように、停車スペースにおける車両100の車幅方向に延びるシールド部材33(コア支持部331)の一対の周縁部331yは、それぞれに近接するコア部材210(平板部211)の当該車幅方向に延びる周縁部211yよりも内側すなわち突出部212(送電コイル21の巻回軸)側に位置する。同様に、停車スペースにおける車両100の前後方向に延びるシールド部材33(コア支持部331)の一対の周縁部331xは、それぞれに近接するコア部材210(平板部211)の当該前後方向に延びる周縁部211xよりも内側すなわち突出部212(送電コイル21の巻回軸)側に位置する。また、本実施形態において、シールド部材33の上記前後方向に延びる周縁部331xと、それに近接するコア部材210の当該前後方向に延びる周縁部211xとの距離Laは、シールド部材33の上記車幅方向に延びる周縁部331yと、それに近接するコア部材210の当該車幅方向に延びる周縁部211yとの距離Lbよりも長く定められる。更に、図5および図6からわかるように、筐体30内の送電コイル21の空芯部21cは、シールド部材33により下方から塞がれる(覆われる)。
As shown in FIG. 6, a pair of
上述のような受電装置10および送電装置20を含む給電システム1により車両100に電力を供給するに際しては、受電装置10の受電コイル11と送電装置20の送電コイル21とが互いに対向する状態で電力機器23から送電コイルに電力を供給する。これにより、受電装置10の受電コイル11には、筐体30の樹脂製のカバー32を介して送電装置20からの磁束が車両100の上下方向に流入し、送電コイル21から電磁誘導(磁気共鳴)により非接触で電力が供給される。この結果、受電装置10から整流器等を介してバッテリ200に電力を供給し、当該電力によりバッテリ200を充電することが可能となる。
When power is supplied to the
また、給電システム1の送電装置20では、電力機器23がシールド部材33とベース部材31との間に配置されている。従って、シールド部材33(およびベース部材31)によって電力機器23に流入しようとする磁束を遮断してコア部材210(平板部211)への磁束(受電コイル11からの磁束)の流入を促進させると共に、当該磁束による渦電流が流れることで電力機器23が昇温するのを良好に抑制することが可能となる。加えて、電力機器23をシールド部材33とベース部材31との間に配置することで、電力機器23で発生するノイズ(高周波ノイズ)が筐体30の外部に漏洩するのを良好に抑制することも可能となる。
Further, in the
更に、給電システム1の送電装置20では、停車スペースにおける車両100の車幅方向に延びるシールド部材33の一対の周縁部331yが、それぞれに近接するコア部材210の周縁部211yよりも内側に位置する。すなわち、送電装置20に対する車両100の停車位置(受電装置10の対向位置)のズレ量は、一般に停車スペースに輪止めが設けられることで、車両100の車幅方向に比べて当該車両100の前後方向で小さくなる。従って、送電装置20において、シールド部材33の上記車幅方向に延びる周縁部331yをそれに近接するコア部材210の周縁部211yよりも内側に位置させることで、送電装置20に対する車両100の停車位置がズレたとしても、磁束がシールド部材33により遮られてしまうのを抑制して受電装置10側から送電装置20のコア部材210に流入する磁束を充分に確保することが可能となる。
Further, in the
また、給電システム1の送電装置20では、停車スペースにおける車両100の前後方向に延びるシールド部材33の一対の周縁部331xが、それぞれに近接するコア部材210の周縁部211xよりも内側に位置する。更に、シールド部材33の上記前後方向に延びる周縁部331xと、それに近接するコア部材210の周縁部211xとの距離Laは、シールド部材33の上記車幅方向に延びる周縁部331yと、それに近接するコア部材210の周縁部211yとの距離Lbよりも長く定められる。これにより、送電装置20に対する車両100の停車位置(受電装置10の対向位置)が車幅方向に大きくズレたとしても、磁束がシールド部材33により遮られてしまうのを抑制して受電装置10側から送電装置20のコア部材210に流入する磁束を良好に確保することができる。この結果、磁束の増加によって送電装置20の送電コイル21のQ値(インダクタンス)をより高くすると共に、当該送電コイル21のインダクタンスの変動をより小さくし、かつ送電装置20と受電装置10との間の結合係数Kをより高くすることが可能となる。
In the
加えて、給電システム1の送電装置20では、シールド部材33が送電コイル21の空芯部21cを下方から塞ぐ(覆う)ように配置されることから、送電コイル21の空芯部21cを通過しようとする磁束をシールド部材33により遮断することができる。この結果、送電コイル21の空芯部21cを通過した磁束による渦電流が流れることで当該送電コイル21の空芯部21cの周辺に配置される部材が高温化するのを良好に抑制することが可能となる。
In addition, in the
また、給電システム1の受電装置10では、車両100の車幅方向に延びるシールド部材17の一対の周縁部17yが、それぞれに近接するコア部材110(平板部111)の当該車幅方向に延びる周縁部111yよりも内側に位置する。上述のように、送電装置20に対する車両100の停車位置(受電装置10の対向位置)のズレ量は、一般に車両100の車幅方向に比べて当該車両100の前後方向で小さくなる。従って、受電装置10において、シールド部材17の上記車幅方向に延びる周縁部17yをそれに近接するコア部材110の周縁部111yよりも内側に位置させることで、送電装置20に対する車両100の停車位置がズレたとしても、磁束がシールド部材17により遮られてしまうのを抑制して受電装置10から送電装置20側に向かう磁束を充分に確保することができる。この結果、磁束の増加によって受電装置10の受電コイル11のQ値(インダクタンス)をより高くすると共に、当該受電コイル11のインダクタンスの変動をより小さくし、かつ送電装置20と受電装置10との間の結合係数Kをより高くすることが可能となる。
Further, in the
更に、給電システム1の受電装置10では、シールド部材17が受電コイル11の空芯部11cを上方から覆うように配置されることから、受電コイル11の空芯部11cを通過した磁束をシールド部材17により遮断することができる。この結果、受電コイル11の空芯部11cを通過した磁束による渦電流が流れることで当該受電コイル11の周辺に配置されるフロアパネル101や排気管102が高温化したり、フロアパネル101等の熱により例えば各種フロアカバーやワイヤーハーネスのクランプといった図示しない樹脂部材等が高温化したりするのを良好に抑制することが可能となる。
Further, in the
また、給電システム1の受電装置10において、車両100の前後方向に延びるシールド部材17の一対の周縁部17xは、それぞれに近接するコア部材110(平板部111)の当該前後方向に延びる周縁部111xよりも車幅方向における外側に位置する。従って、車両100のエンジンEGの運転に伴って排気管102内を排ガスが流通する際に、車両100側すなわち排気管102から放出される輻射熱により受電装置10が昇温するのを良好に抑制することが可能となる。
Further, in the
以上説明したように、コイルユニットとしての受電装置10は、巻き線を巻回することにより形成された受電コイル11と、平板部111等が巻き線の巻回軸と直交(交差)するように受電コイル11に固定されるコア部材110と、コア部材110に関して受電コイル11とは反対側に配置されるシールド部材17とを含む。そして、シールド部材17の周縁部のうち、車両100の車幅方向に延びる一対の周縁部17yは、それぞれに近接するコア部材110(平板部111)の当該車幅方向に延びる周縁部111yよりも内側(巻回軸側)に位置する。これにより、受電装置10では、受電コイル11やコア部材110から出る磁束がシールド部材17により遮られてしまうのを抑制することが可能となる。従って、磁束の増加によって受電コイル11のQ値(インダクタンス)をより高くすると共に、当該受電コイル11のインダクタンスの変動をより小さくし、かつ送電装置20の送電コイル21との間における結合係数Kをより高くすることができる。この結果、電力の伝送効率の低下や受電コイル11のインダクタンスの変動を良好に抑制することが可能となる。
As described above, the
また、コイルユニットとしての送電装置20は、巻き線を巻回することにより形成された送電コイル21と、コア支持部331等が巻き線の巻回軸と直交(交差)するように送電コイル21に固定されるコア部材210と、コア部材210に関して送電コイル21とは反対側に配置されるシールド部材33とを含む。そして、送電装置20において、シールド部材33の周縁部331x,331yは、コア部材210の周縁部211x,211yよりも内側(巻回軸側)に位置する。これにより、コア部材210に流入しようとする磁束がシールド部材33により遮られてしまうのを抑制することができる。従って、多くの磁束をコア部材210に流入させて送電コイル21のQ値(インダクタンス)をより高くすると共に、当該送電コイル21のインダクタンスの変動をより小さくし、かつ受電装置10の受電コイル11との間における結合係数Kをより高くすることが可能となる。
Further, the
更に、エンジンEGを搭載した車両100では、上記実施形態のように、車両100の前後方向に延びるシールド部材17の一対の周縁部17xをそれぞれに近接するコア部材110の周縁部111xよりも車幅方向における外側に位置させることで、上述のように、排気管102から放出される輻射熱により受電装置10が昇温するのを良好に抑制することが可能となる。ただし、例えば排気管からの輻射熱等を考慮する必要がない電気自動車等に受電装置10が搭載される場合、シールド部材17は、図4において二点鎖線で示すように、車両の前後方向に延びる一対の周縁部17xがそれぞれに近接するコア部材110の周縁部111xよりも内側に位置するように構成されてもよい。これにより、送電装置20に対する車両の停車位置(受電装置10の対向位置)がズレたとしても、受電装置10から送電装置20側に向かう磁束をより多くすることが可能となる。そして、この場合には、図4に示すように、シールド部材17の上記前後方向に延びる周縁部17xと、それに近接するコア部材110の周縁部111xとの距離laを、シールド部材17の上記車幅方向に延びる周縁部17yと、それに近接するコア部材110の周縁部111yとの距離lbよりも長くするとよい。
Furthermore, in the
なお、本発明者の検証によれば、車両100の車幅方向に延びるシールド部材17の一対の周縁部17yを、それぞれに近接するコア部材110の当該車幅方向に延びる周縁部111yよりも内側(巻回軸側)に位置させるだけで、受電コイル11のQ値(インダクタンス)やインダクタンスの変動、結合係数Kを実用上良好に向上させ得ることが確認されている。
According to the verification by the present inventor, the pair of
すなわち、シールド部材17により受電コイル11の空芯部11cを覆うと共に、シールド部材17の各周縁部17yをそれに近接するコア部材110の周縁部111yよりも例えば10mm以上内側(巻回軸側)に位置させた場合、受電コイル11のインダクタンスの変動は、シールド部材17の各周縁部17yをそれに近接するコア部材110の周縁部111yよりも内側に寄せない場合の4割程度に低下する。また、K値の最小値は、シールド部材17の各周縁部17yをそれに近接するコア部材110の周縁部111yよりも内側に寄せない場合の1.1倍程度に増加し、K値の最大値は、シールド部材17の各周縁部17yをそれに近接するコア部材110の周縁部111yよりも内側に寄せない場合の1.7〜1.8倍程度に増加する。更に、K値が最小であるときの受電コイル11のQ値の最小値は、シールド部材17の各周縁部17yをそれに近接するコア部材110の周縁部111yよりも内側に寄せない場合の1.2〜1.3倍程度に増加し、K値が最大であるときの受電コイル11のQ値の最大値は、シールド部材17の各周縁部17yをそれに近接するコア部材110の周縁部111yよりも内側に寄せない場合の1.1倍程度に増加する。従って、送電装置20において、必ずしもシールド部材33の周縁部331x,331yをコア部材210の周縁部211x,211yよりも内側に位置させる必要はない。
That is, the
また、送電装置20には、複数の放熱フィンを有する放熱器が例えば筐体30と当接するように設けられてもよく、筐体30あるいはカバー32に複数の放熱フィンが配設されてもよい。これにより、送電装置20から受電装置10への送電に際して発熱する整流器やインバータ、フィルタといった電力機器23を良好に冷却することが可能となる。
Further, the
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の外延の範囲内において様々な変更をなし得ることはいうまでもない。更に、上記発明を実施するための形態は、あくまで課題を解決するための手段の欄に記載された発明の具体的な一形態に過ぎず、課題を解決するための手段の欄に記載された発明の要素を限定するものではない。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment at all, and it cannot be overemphasized that various changes can be made within the range of the extension of this invention. Furthermore, the mode for carrying out the invention described above is merely a specific embodiment of the invention described in the column for solving the problem, and is described in the column for means for solving the problem. It is not intended to limit the elements of the invention.
本発明は、コイルユニットや非接触式給電システムの製造産業等において利用可能である。 The present invention can be used in the manufacturing industry of coil units and non-contact power supply systems.
1 給電システム、10 非接触式受電装置、11 受電コイル、11c 空芯部、12 コンデンサ、15 筐体、17 シールド部材、17x,17y 周縁部、18 保護部材、19 ワイヤーハーネス、20 非接触式送電装置、21 送電コイル、21c 空芯部、22 コンデンサ、23 電力機器、24 通信アンテナ、25 電子制御装置、30 筐体、31 ベース部材、32 カバー、33 シールド部材、40 交流電源、100 車両、101 フロアパネル、102 排気管、110 コア部材、111 平板部、111x,111y 周縁部、112 突出部、113 壁部、114 天板部、151 ベース部材、152 カバー、153 天板部、154x,154y 側壁部、155 取付フランジ部、200 バッテリ、210 コア部材、211 平板部、211x,211y 周縁部、212 突出部、213 壁部、214 天板部、215 絶縁部材、331 コア支持部、331x,331y 周縁部、332 突出支持部、333 壁部、334 天板部、335 支持壁部、EG エンジン、MG 電動機。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記巻き線の巻回軸と交差するように前記コイルに固定されるコア部材と、
前記コア部材に関して前記コイルとは反対側に配置されるシールド部材とを備え、
前記シールド部材の周縁部の少なくとも一部は、前記コア部材の周縁部よりも内側に位置することを特徴とするコイルユニット。 In a coil unit having a coil formed by winding a winding,
A core member fixed to the coil so as to intersect the winding axis of the winding;
A shield member disposed on the opposite side of the coil with respect to the core member,
At least a part of the peripheral portion of the shield member is located inside the peripheral portion of the core member.
車両に搭載されると共に、前記車両の外部に配置された送電装置からの電力を非接触で受電する受電装置として構成され、
前記シールド部材の前記周縁部のうち、前記車両の車幅方向に延びる一対の周縁部は、それぞれに近接する前記コア部材の前記周縁部よりも内側に位置することを特徴とするコイルユニット。 The coil unit according to claim 1,
The power receiving device is mounted on a vehicle and configured to receive power from a power transmitting device disposed outside the vehicle in a contactless manner.
A pair of peripheral portions extending in the vehicle width direction of the vehicle among the peripheral portions of the shield member are positioned inside the peripheral portions of the core member adjacent to each other.
前記シールド部材の周縁部のうち、前記車両の前後方向に延びる一対の周縁部は、それぞれに近接する前記コア部材の前記周縁部よりも外側に位置することを特徴とするコイルユニット。 The coil unit according to claim 1 or 2,
Of the peripheral portions of the shield member, a pair of peripheral portions extending in the front-rear direction of the vehicle are located outside the peripheral portions of the core member adjacent to each other.
前記シールド部材の周縁部のうち、前記車両の前後方向に延びる一対の周縁部は、それぞれに近接する前記コア部材の前記周縁部よりも内側に位置することを特徴とするコイルユニット。 The coil unit according to claim 1 or 2,
Of the peripheral portions of the shield member, a pair of peripheral portions extending in the front-rear direction of the vehicle are located on the inner side of the peripheral portion of the core member adjacent to each other.
前記コイルから車両に搭載された受電装置に非接触で電力を供給する送電装置として構成され、
前記シールド部材の前記周縁部のうち、前記車両の車幅方向に延びる一対の周縁部は、それぞれに近接する前記コア部材の前記周縁部よりも内側に位置することを特徴とするコイルユニット。 The coil unit according to claim 1,
It is configured as a power transmission device that supplies power in a contactless manner to a power receiving device mounted on a vehicle from the coil,
A pair of peripheral portions extending in the vehicle width direction of the vehicle among the peripheral portions of the shield member are positioned inside the peripheral portions of the core member adjacent to each other.
前記シールド部材の前記周縁部のうち、前記車両の前後方向に延びる一対の周縁部は、それぞれに近接する前記コア部材の前記周縁部よりも内側に位置することを特徴とするコイルユニット。 In the coil unit according to claim 5,
A coil unit characterized in that, of the peripheral portions of the shield member, a pair of peripheral portions extending in the front-rear direction of the vehicle are positioned inside the peripheral portions of the core member adjacent to each other.
前記シールド部材の前記前後方向に延びる周縁部と、それに近接する前記コア部材の前記周縁部との距離は、前記シールド部材の前記車幅方向に延びる周縁部と、それに近接する前記コア部材の前記周縁部との距離よりも長いことを特徴とするコイルユニット。 The coil unit according to claim 5 or 6,
The distance between the peripheral edge portion extending in the front-rear direction of the shield member and the peripheral edge portion of the core member adjacent thereto is equal to the peripheral edge portion extending in the vehicle width direction of the shield member and the core member adjacent thereto. A coil unit characterized by being longer than the distance to the peripheral edge.
前記コイルは、空芯部を有するように前記巻き線を巻回することにより形成され、
前記シールド部材は、前記コイルの前記空芯部を覆うように配置されることを特徴とするコイルユニット。 In the coil unit according to any one of claims 1 to 7,
The coil is formed by winding the winding so as to have an air core part,
The said shield member is arrange | positioned so that the said air core part of the said coil may be covered, The coil unit characterized by the above-mentioned.
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---|---|---|---|
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