JP2019179907A - 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 PDFInfo
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Abstract
【課題】電力伝送コイルと磁性体との間の距離にばらつきが生じることによる電力伝送コイルの特性変化を抑制できるコイルユニット並びに前記コイルユニットを備える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。【解決手段】導線16が渦巻き状に巻かれて構成されているコイル12と、磁性体13と、コイル12と磁性体13との間に配置される基材11と、を備え、コイル12及び磁性体13が、基材11に固定されている、コイルユニット1。【選択図】図3
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。
ワイヤレス電力伝送技術が知られている。ワイヤレス電力伝送技術は、一次(送電)コイルと二次(受電)コイルとの間の電磁誘導作用を利用して、電力をワイヤレスで伝送する。ワイヤレス電力伝送技術は、送電側コイルで発生した交流磁束が受電側コイルに鎖交することを利用する。
ワイヤレス電力伝送技術では、コイルと磁性体とを備えるコイルユニットの薄型化及び小型化が求められている。通常のコイルユニットにおいては、コイルと磁性体とが収容ケースに収容されている(特許文献1等)。
特許文献1は、電力伝送コイルと磁性体と基材と収容ケースとを備える非接触電力伝送ユニットを開示している。特許文献1に記載の非接触電力伝送ユニットでは、収容ケースが磁性体と基材と電力伝送コイルとをこの順に収容している。この非接触電力伝送ユニットは、電力伝送コイルと磁性体との間隔を基材上のスペーサ領域によって確保している。
ワイヤレス電力伝送においては、電力伝送コイルと磁性体との間の距離が変化すると、電力伝送コイルの特性が変化するため、コイルユニットの薄型化及び小型化と同時に、電力伝送コイルの特性変化の抑制が求められている。
ところが、特許文献1に記載の非接触電力伝送ユニットにあっては、電力伝送コイルと磁性体とが収容ケースに収容され、磁性体が基材に固定され、電力伝送コイルが収容ケースのコイル位置決め溝部に収容されて充填材により固定されている。よって、特許文献1に記載の非接触電力伝送ユニットでは、電力伝送コイルと磁性体との間の距離にばらつきが生じやすく、電力伝送コイルの特性が変化し、電力伝送性能が低下するおそれがある。
ところが、特許文献1に記載の非接触電力伝送ユニットにあっては、電力伝送コイルと磁性体とが収容ケースに収容され、磁性体が基材に固定され、電力伝送コイルが収容ケースのコイル位置決め溝部に収容されて充填材により固定されている。よって、特許文献1に記載の非接触電力伝送ユニットでは、電力伝送コイルと磁性体との間の距離にばらつきが生じやすく、電力伝送コイルの特性が変化し、電力伝送性能が低下するおそれがある。
本発明は、電力伝送コイルと磁性体との間の距離にばらつきが生じることによる電力伝送コイルの特性変化を抑制できるコイルユニット並びに前記コイルユニットを備える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。
本発明のコイルユニットは、導線が渦巻き状に巻かれて構成されているコイルと、磁性体と、前記コイルと前記磁性体との間に配置される基材と、を備え、前記コイル及び前記磁性体が、前記基材に固定されている。
本発明によれば、電力伝送コイルと磁性体との間の距離にばらつきが生じることによる電力伝送コイルの特性変化を抑制できるコイルユニット並びに前記コイルユニットを備える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できる。
以下、本実施形態について、図面を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面では、便宜上特徴部分を拡大して示している場合がある。各構成要素の寸法比率等は実際とは異なることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例である。本発明はこれらの例示に限定されず、要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施可能である。
<ワイヤレス電力伝送システム>
まず、本発明の一実施形態として、例えば図1及び図2に示すワイヤレス電力伝送システム100について説明する。図1は、ワイヤレス電力伝送システム100の一例を示す構成図である。図2は、ワイヤレス電力伝送システム100の送電コイルユニット203及び受電コイルユニット301の構成を示す回路図である。
まず、本発明の一実施形態として、例えば図1及び図2に示すワイヤレス電力伝送システム100について説明する。図1は、ワイヤレス電力伝送システム100の一例を示す構成図である。図2は、ワイヤレス電力伝送システム100の送電コイルユニット203及び受電コイルユニット301の構成を示す回路図である。
本実施形態のワイヤレス電力伝送システム100は、図1及び図2に示すように、電気自動車EVに搭載されたバッテリー(二次電池)に対してワイヤレス充電を行う。電気自動車EVは、バッテリーに充電された電力によりモーターを駆動して走行する電動車両(移動体)である。本実施形態では、ワイヤレス電力伝送システム100が電気自動車EVに適用されているが、他の実施形態ではワイヤレス電力伝送システムが電気自動車EV以外の移動体、モバイル機器等に適用されてもよい。
ワイヤレス電力伝送システム100は、ワイヤレス送電装置200とワイヤレス受電装置300とを備える。ワイヤレス送電装置200は充電設備側の地面Gに設置されている。ワイヤレス受電装置300は電気自動車EVに搭載されている。
ワイヤレス送電装置200は、変換回路201と送電回路202と送電コイルユニット203とを備える。ワイヤレス受電装置300は、受電コイルユニット301と、整流平滑回路303とを有する。なお、負荷Vloadはワイヤレス受電装置300の外側に配置されている。
変換回路201は、外部の商用電源Pと電気的に接続されて、商用電源Pから入力される交流電圧を所望の直流電圧に変換するAC/DC電源として機能する。変換回路201は、送電回路202と電気的に接続されている。変換回路201は、変換された直流電圧を送電回路202に供給する。
変換回路201については、送電回路202に対して直流電圧を出力するものであればよく、その構成は特に制限されない。変換回路201としては、交流電圧を整流して直流電圧に変換する整流回路と力率改善を行うPFC(Power Factor Correction)回路とを組み合わせた変換回路;前記整流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変換回路等が例示される。
送電回路202は、変換回路201から供給される直流電圧を交流電圧に変換する。送電回路202としては、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等が例示される。送電回路202は、送電コイルユニット203と電気的に接続されている。送電回路202は、送電コイルユニット203が備える後述の第1のLC共振回路の共振周波数に基づいて駆動周波数が制御された交流電圧を送電コイルユニット203に供給する。
送電コイルユニット203は、第1のLC共振回路と図示略の基材と図示略の磁性体とを備える。図示略の基材と図示略の磁性体とについては、後述の「<コイルユニット>」の項で詳細に説明する。
第1のLC共振回路は、送電コイルL1と送電側コンデンサC1とを含む。第1のLC共振回路の共振周波数を受電コイルユニット301側の共振周波数に近づける(一致させる場合も含む。)ことで、磁界共鳴方式のワイヤレス電力伝送が可能となっている。また、他の実施形態において、送電コイルユニットはLC共振回路を備えなくてもよい。すなわち、他の実施形態において、送電コイルユニットは、送電側コンデンサを含まなくてもよい。
第1のLC共振回路は、送電コイルL1と送電側コンデンサC1とを含む。第1のLC共振回路の共振周波数を受電コイルユニット301側の共振周波数に近づける(一致させる場合も含む。)ことで、磁界共鳴方式のワイヤレス電力伝送が可能となっている。また、他の実施形態において、送電コイルユニットはLC共振回路を備えなくてもよい。すなわち、他の実施形態において、送電コイルユニットは、送電側コンデンサを含まなくてもよい。
本実施形態の送電コイルユニット203では、リアクトルLsが送電側コンデンサC1に対して直列に挿入された構成となっている。この構成の場合、送電コイルユニット203、受電コイルユニット301、整流平滑回路303及び負荷Vloadで構成されるワイヤレス電力伝送網のインピーダンスの虚部が正となるように制御しやすくなる。リアクトルLsは、送電コイルユニット203側の共振周波数よりも十分高い周波数成分に対してハイインピーダンスとなる。これにより、高周波成分を除去するフィルターとして機能できる。
送電コイルL1は、ワイヤレス電力伝送用コイルにより構成されている。本実施形態の送電コイルL1は、電気自動車EVのフロア下と向かい合うように、地面Gの上に設置又は地面Gに埋設されている。なお、本実施形態では、送電コイルL1(送電コイルユニット203)が変換回路201とともに地面Gの上に設置された構成となっている。
送電側コンデンサC1は、共振周波数を調整する機能を有している。本実施形態の送電側コンデンサC1は、送電コイルL1に対して直列に接続された第1のコンデンサC11と、送電コイルL1に対して並列に接続された第2のコンデンサC12とにより構成されているが、このような構成に限定されない。例えば、送電コイルL1に直列に接続された第1のコンデンサC11のみからなる構成でもよい。
受電コイルユニット301は、第2のLC共振回路と図示略の基材と図示略の磁性体とを備える。図示略の基材と図示略の磁性体とについては、後述の「<コイルユニット>」の項で詳細に説明する。
第2のLC共振回路は、受電コイルL2と、受電側コンデンサC2とを含む。第2のLC共振回路の共振周波数を送電コイルユニット203側の共振周波数に近づける(一致させる場合も含む。)ことで、磁界共鳴方式のワイヤレス電力伝送が可能となっている。また、他の実施形態において、受電コイルユニットはLC共振回路を備えなくてもよい。すなわち、他の実施形態において、受電コイルユニットは、受電側コンデンサを含まなくてもよい。
第2のLC共振回路は、受電コイルL2と、受電側コンデンサC2とを含む。第2のLC共振回路の共振周波数を送電コイルユニット203側の共振周波数に近づける(一致させる場合も含む。)ことで、磁界共鳴方式のワイヤレス電力伝送が可能となっている。また、他の実施形態において、受電コイルユニットはLC共振回路を備えなくてもよい。すなわち、他の実施形態において、受電コイルユニットは、受電側コンデンサを含まなくてもよい。
本実施形態の受電コイルユニット301では、リアクトルLrが受電側コンデンサC2に対して直列に挿入された構成となっている。この構成の場合、リアクトルLrは、受電コイルユニット301側の共振周波数よりも十分高い周波数成分に対してハイインピーダンスとなる。これにより、高周波成分を除去するフィルターとして機能できる。
受電コイルL2は、ワイヤレス電力伝送用コイルにより構成されている。本実施形態の受電コイルL2は、上述した地面Gの上に設置又は地面Gに埋設された送電コイルL1と向かい合うように、電気自動車EVのフロア下に設置されている。
受電側コンデンサC2は、共振周波数を調整する機能を有している。本実施形態の受電側コンデンサC2は、受電コイルL2に対して直列に接続された第3のコンデンサC21と、受電コイルL2に対して並列に接続された第4のコンデンサC22とにより構成されているが、このような構成に限定されない。例えば、受電コイルL2に直列に接続された第3のコンデンサC21のみからなる構成でもよい。
整流平滑回路303は、受電コイルユニット301と電気的に接続されて、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。整流平滑回路303としては、1つのスイッチング素子又はダイオードと平滑コンデンサとから構成される半波整流平滑回路;ブリッジ接続された4つのスイッチング素子又はダイオードと平滑コンデンサとから構成される全波整流平滑回路等が例示される。整流平滑回路303は、負荷Vloadと電気的に接続されている。整流平滑回路303は、変換された直流電力を負荷Vloadに供給する。なお、ワイヤレス受電装置300では、整流平滑回路303と負荷Vloadとの間に充電回路を備えた構成としてもよい。
負荷Vloadは、整流平滑回路303の出力端子の間に接続されて、整流平滑回路303から直流電圧が供給される。負荷Vloadとしては、上述した電気自動車EVに搭載されたバッテリー、モーター等が例示される。
負荷Vload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と見なすことができる。なお、整流平滑回路303での消費電力は、負荷Vloadでの消費電力に比べて十分小さい。
以上説明した構成を備える電力伝送システム100では、送電コイルユニット203と受電コイルユニット301との間における共振(共鳴)現象を利用した磁界共鳴方式によって、ワイヤレス送電装置200からワイヤレス受電装置300に向けて、電力をワイヤレスで伝送できる。すなわち、この磁界共鳴方式では、2つの共振器203,301間の共振周波数を近づけて(一致させる場合も含む。)、この共振周波数付近の高周波電流及び電圧を送電コイルユニット203に印加し、電磁的に共振(共鳴)させた受電コイルユニット301に電力をワイヤレスで伝送(供給)することが可能である。なお、ワイヤレス送電装置200及びワイヤレス受電装置300は、ワイヤレス送電装置200とワイヤレス受電装置300との間で通信を行う通信回路を備えてもよい。
したがって、本実施形態の電力伝送システム100では、充電ケーブルとの接続を行わずに、充電設備側から供給される電力をワイヤレスで電気自動車EVに伝送しながら、この電気自動車EVに搭載されたバッテリーに対してワイヤレス充電を行うことが可能である。
<コイルユニット>
次に、一実施形態のコイルユニットとして、図3〜図6に示すコイルユニット1について説明する。図3は、コイルユニット1の構成を説明するためのカットモデルの斜視図である。図4は、コイルユニット1の平面図である。図5は、コイルユニット1の平面図である。図6は、図4中に示す線分A−Aによるコイルユニット1の断面図である。
図3〜図6に示すように、コイルユニット1は、基材11とコイル12と磁性体13とを備える。コイルユニット1においては、磁性体13が複数(本実施形態では4つ)の磁性体片21で構成されている。磁性体片21については後述する。コイルユニット1においては、基材11とコイル12と磁性体13とが図示略の筐体に収容されている。なお、コイルユニット1はコンデンサをさらに備えてもよい。コイルユニット1がコンデンサを備える場合、コンデンサは特に限定されない。
次に、一実施形態のコイルユニットとして、図3〜図6に示すコイルユニット1について説明する。図3は、コイルユニット1の構成を説明するためのカットモデルの斜視図である。図4は、コイルユニット1の平面図である。図5は、コイルユニット1の平面図である。図6は、図4中に示す線分A−Aによるコイルユニット1の断面図である。
図3〜図6に示すように、コイルユニット1は、基材11とコイル12と磁性体13とを備える。コイルユニット1においては、磁性体13が複数(本実施形態では4つ)の磁性体片21で構成されている。磁性体片21については後述する。コイルユニット1においては、基材11とコイル12と磁性体13とが図示略の筐体に収容されている。なお、コイルユニット1はコンデンサをさらに備えてもよい。コイルユニット1がコンデンサを備える場合、コンデンサは特に限定されない。
基材11はコイル12と磁性体片21との間に配置される。基材11は第1の平面11aと第2の平面11bとを有する。第1の平面11aと第2の平面11bとは互いに対向し、平行である。そして、第1の平面11aと第2の平面11bとの間の距離、即ち基材11の厚みDは一定である。基材の厚みDは特に限定されないが、例えば、0.5〜5.0mmとすることができる。
基材11は絶縁部材で構成されている。絶縁部材は特に限定されないが、ガラス、樹脂等が例示される。ただし、絶縁部材としては樹脂が好ましい。樹脂の具体例としては、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体樹脂(ABS樹脂)、ポリブチレンテレフタレート樹脂(PBT樹脂)、ポリフェニレンサルファイド樹脂(PPS樹脂)等が例示される。
コイルユニット1においては、基材11がボビンの形態である。ボビンはコイル12の導線16をきれいに巻き、コイル12の導線16の形状を保持するための部品である。
基材11は絶縁部材で構成されている。絶縁部材は特に限定されないが、ガラス、樹脂等が例示される。ただし、絶縁部材としては樹脂が好ましい。樹脂の具体例としては、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体樹脂(ABS樹脂)、ポリブチレンテレフタレート樹脂(PBT樹脂)、ポリフェニレンサルファイド樹脂(PPS樹脂)等が例示される。
コイルユニット1においては、基材11がボビンの形態である。ボビンはコイル12の導線16をきれいに巻き、コイル12の導線16の形状を保持するための部品である。
基材11は第1の収容部14と第2の収容部15を有する。
第1の収容部14はコイル12を収容する。第1の収容部14は、基材11の第1の平面11aに備えられている。第1の収容部14は、コイル12の導線16の間を区切る区画壁17を有する。区画壁17により導線16の位置の変動を一巻ごとに抑制できるため、電力伝送コイルの特性変化をさらに抑制できる。
第1の収容部14はコイル12を収容する。第1の収容部14は、基材11の第1の平面11aに備えられている。第1の収容部14は、コイル12の導線16の間を区切る区画壁17を有する。区画壁17により導線16の位置の変動を一巻ごとに抑制できるため、電力伝送コイルの特性変化をさらに抑制できる。
区画壁17は、第1の平面11aに設けられている。区画壁17の高さは特に限定されない。ただし、区画壁17の高さは導線16の直径より大きく、導線16の直径の1.2倍以下が好ましい。区画壁17の高さが導線16の直径より大きいと、コイルユニット1に振動、衝撃等の外力が加わった際にコイル12と他の部材との接触を防止しやすくなる。また、区画壁17の高さが導線16の直径の1.2倍以下であると、コイルユニット1をさらに薄型化できる。そのため、区画壁17の高さが導線16の直径より大きく、導線16の直径の1.2倍以下であると、コイルユニット1の薄型化と、コイル12と他の部材との接触の防止とを両立できる。
なお、コイルユニット1に対する振動、衝撃等の外力による影響が少ない場合、区画壁17の高さを導線16の直径以下とすることが好ましい。これにより、コイルユニット1をさらに薄型化できる。
なお、コイルユニット1に対する振動、衝撃等の外力による影響が少ない場合、区画壁17の高さを導線16の直径以下とすることが好ましい。これにより、コイルユニット1をさらに薄型化できる。
第2の収容部15は磁性体片21を収容する。第2の収容部15は、基材11の第2の平面11bに備えられている。第2の収容部15は、第2の平面11bを基準面として、第1の平面11a側に、彫り込まれるようにして方形状に形成されている。即ち、第2の収容部15には、磁性体片21を収容する彫り込み部分が形成されている。これにより、コイルユニット1をさらに薄型化できる。
第2の収容部15における彫り込みの深さは、特に限定されない。ただし、彫り込みの深さは磁性体片21の厚みより大きく、磁性体片21の厚みの1.2倍以下が好ましい。彫り込みの深さが磁性体片21の厚みより大きいと、コイルユニット1に振動、衝撃等の外力が加わった際に磁性体片21と他の部材との接触を防止しやすくなる。また、彫り込みの深さが磁性体片21の厚みの1.2倍以下であると、コイルユニット1をさらに薄型化できる。そのため、彫り込みの深さが磁性体片21の厚みより大きく、磁性体片21の厚みの1.2倍以下であると、コイルユニット1の薄型化と、磁性体片21と他の部材との接触の防止とを両立できる。なお、彫り込みの深さは、第2の平面11bを基準面として計測される。
なお、コイルユニット1に対する振動、衝撃等の外力による影響が少ない場合、彫り込みの深さを磁性体片21の厚み以下とすることが好ましい。これにより、コイルユニット1をさらに薄型化できる。
なお、コイルユニット1に対する振動、衝撃等の外力による影響が少ない場合、彫り込みの深さを磁性体片21の厚み以下とすることが好ましい。これにより、コイルユニット1をさらに薄型化できる。
本実施形態では第2の収容部15は、複数(4つ)の領域に分割されている。このように、コイルユニット1は複数の磁性体片21を複数の第2の収容部15に分割して配置している。これにより、磁性体片21の寸法ばらつきによる第2の収容部15に形成される隙間の大きさの偏りを抑制でき、電力伝送コイルの特性変化をさらに抑制できる。
具体的には、例えば、第2の収容部15が1つである場合、第2の収容部15に磁性体片を端からつめて収容すると、第2の収容部15の一部分に隙間が生じてしまう。これにより、磁気的な対称性が崩れ、電力伝送コイルの特性変化が生じやすくなる。一方、第2の収容部15が複数である場合、それぞれの第2の収容部15に複数の磁性体片21を端からつめて収容すると、それぞれの第2の収容部15の一部分に隙間が生じるが、第2の収容部15同士で隙間に対称性を具備させることができる。これにより、電力伝送コイルにおける全体としての磁気的な対称性が崩れにくくなり、電力伝送コイルの特性変化をさらに抑制できる。
具体的には、例えば、第2の収容部15が1つである場合、第2の収容部15に磁性体片を端からつめて収容すると、第2の収容部15の一部分に隙間が生じてしまう。これにより、磁気的な対称性が崩れ、電力伝送コイルの特性変化が生じやすくなる。一方、第2の収容部15が複数である場合、それぞれの第2の収容部15に複数の磁性体片21を端からつめて収容すると、それぞれの第2の収容部15の一部分に隙間が生じるが、第2の収容部15同士で隙間に対称性を具備させることができる。これにより、電力伝送コイルにおける全体としての磁気的な対称性が崩れにくくなり、電力伝送コイルの特性変化をさらに抑制できる。
コイル12は、巻線部18と第1の配線部19と第2の配線部20とを有する。
巻線部18は導線16が渦巻き状に巻かれて構成されている部分である。導線16は、例えば銅、アルミニウム等を含むリッツ線でもよい。
第1の配線部19は、巻線部18の内周側の端部(コイル12の第1の端部)から巻線部18の内周側に向かって、導線16が延長されている部分である。
第2の配線部20は、巻線部18の外周側の端部(コイル12の第2の端部)から外周側に向かって、導線16が延長されている部分である。
コイル12は送電コイルL1としても受電コイルL2としても用いることができる。
巻線部18は導線16が渦巻き状に巻かれて構成されている部分である。導線16は、例えば銅、アルミニウム等を含むリッツ線でもよい。
第1の配線部19は、巻線部18の内周側の端部(コイル12の第1の端部)から巻線部18の内周側に向かって、導線16が延長されている部分である。
第2の配線部20は、巻線部18の外周側の端部(コイル12の第2の端部)から外周側に向かって、導線16が延長されている部分である。
コイル12は送電コイルL1としても受電コイルL2としても用いることができる。
磁性体片21は、方形状の面を有する板状の部材である。磁性体片21が有する方形状の面は、第2の収容部15が磁性体片21を収容するために有する面よりも小さい。磁性体片21の方形状の面は、後述の第1のポッティング樹脂(図示略)で表面が覆われて、第2の収容部15の収容面に固定されている。第2の収容部15の収容面は、磁性体片21を収容するために第2の収容部15が有する面である。
磁性体片21は、一例として、フェライトを用いて構成されている。磁性体片21によって、コイル間の結合を高めることができる。
磁性体片21は第2の収容部15にて図示略の第1のポッティング樹脂で基材11に固定されている。第1のポッティング樹脂は、磁性体片21の方形状の面の表面を覆うことで第2の収容部15の収容面に磁性体21を固定している。これにより、磁性体片21が衝撃等によって割れた場合でも、割れた磁性体片21の飛散を防止できる。
第1のポッティング樹脂は特に限定されない。ただし、第1のポッティング樹脂としては、熱硬化性樹脂が好ましい。熱硬化性樹脂の具体例としては、アクリル樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、熱硬化性ポリイミド、シリコン樹脂、ポリウレタン樹脂等が例示される。熱可塑性樹脂はこれらの例示に限定されない。
磁性体片21は第2の収容部15にて図示略の第1のポッティング樹脂で基材11に固定されている。第1のポッティング樹脂は、磁性体片21の方形状の面の表面を覆うことで第2の収容部15の収容面に磁性体21を固定している。これにより、磁性体片21が衝撃等によって割れた場合でも、割れた磁性体片21の飛散を防止できる。
第1のポッティング樹脂は特に限定されない。ただし、第1のポッティング樹脂としては、熱硬化性樹脂が好ましい。熱硬化性樹脂の具体例としては、アクリル樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、熱硬化性ポリイミド、シリコン樹脂、ポリウレタン樹脂等が例示される。熱可塑性樹脂はこれらの例示に限定されない。
通常のフェライト等の磁性体の製造においては、焼成等の工程を経るため、寸法の誤差が生じやすく、磁性体の寸法誤差によって電力伝送コイルの特性変化が生じる可能性があった。これに対し、コイルユニット1は、複数の磁性体片21を複数の第2の収容部15に分割して配置することで、磁性体の寸法誤差の影響を受けにくくなる。また、磁性体片21の寸法ばらつきによる第2の収容部15に形成される隙間の偏りを抑制できる。その結果、電力伝送用コイルの特性変化をさらに抑制できる。
本実施形態ではコイルユニット1において、一例として、第1の収容部14が区画壁17を有する形態を示すが、他の形態例においては、区画壁17は省略されてもよい。この場合、第1の収容部14には導線16が渦巻状に巻かれて構成されるコイルが収容される。また、第1の収容部14は、第1の平面11aを基準面として第2の平面11b側に彫り込まれるようにして形成される形態でもよい。
本実施形態ではコイルユニット1において、一例として、第2の収容部15が、第1の平面11a側に彫り込まれるようにして形成されている形態を示すが、他の形態例として、第2の収容部15が、磁性体を収容する突部を備える形態でもよい。この場合において、突部は、第1の平面11aから第2の平面11bに向かう向きを突部の高さ方向として、第2の平面11bに設けられる。
本実施形態ではコイルユニット1において、一例として、複数の第2の収容部15に、複数の磁性体片21が並べられて配置されることで、全体として磁性体13が構成される形態を示すが、他の形態例として、コイルユニット1が1個の磁性体を備える形態でもよい。
(作用効果)
以上説明した本実施形態のコイルユニットにあっては、コイル及び磁性体の間に配置される基材にコイル及び磁性体が固定されるため、基材がコイル及び磁性体を一体的に保持できる。さらに本実施形態のコイルユニットにあっては、基材の厚みが一定である。以上より、実際の製造でコイルと磁性体との間の距離にばらつきが生じにくくなり、コイルの特性変化が抑制される。
このように基材にコイル及び磁性体が固定されていることにより、製造現場で生じやすいコイルと磁性体との間の距離のばらつきの原因において、基材の厚みのばらつき以外の要因を最小限にできる。
以上説明した本実施形態のコイルユニットにあっては、コイル及び磁性体の間に配置される基材にコイル及び磁性体が固定されるため、基材がコイル及び磁性体を一体的に保持できる。さらに本実施形態のコイルユニットにあっては、基材の厚みが一定である。以上より、実際の製造でコイルと磁性体との間の距離にばらつきが生じにくくなり、コイルの特性変化が抑制される。
このように基材にコイル及び磁性体が固定されていることにより、製造現場で生じやすいコイルと磁性体との間の距離のばらつきの原因において、基材の厚みのばらつき以外の要因を最小限にできる。
図7は他の実施形態にかかるコイルユニット2の平面図である。以下の説明において、コイルユニット2の構成とコイルユニット1の構成とで同一又は類似の機能を有する構成に同一の符号を付す。コイルユニット2とコイルユニット1とで重複する構成について、説明を省略する。
コイルユニット2においては、コイル12の導線が渦巻き状に巻かれている部分(巻線部18)の一部が、第2のポッティング樹脂22で基材11に固定されている。このように巻線部18の一部が第2のポッティング樹脂22で固定されていると、第2のポッティング樹脂22によるコイルユニット2の重量の増加を抑制しながらコイル12を基材11に固定できる。
第2のポッティング樹脂は特に限定されない。ただし、第2のポッティング樹脂としては熱硬化性樹脂が好ましい。熱硬化性樹脂の具体例としては、第1のポッティング樹脂の好ましい具体例として例示した樹脂と同様である。第2のポッティング樹脂は第1のポッティング樹脂と同じでもよく、異なっていてもよい。
コイルユニット2においても、コイルユニット1と同様の作用効果が得られるため、コイルの特性変化が抑制され、コイルユニットの厚みの増大も抑制される。
第2のポッティング樹脂は特に限定されない。ただし、第2のポッティング樹脂としては熱硬化性樹脂が好ましい。熱硬化性樹脂の具体例としては、第1のポッティング樹脂の好ましい具体例として例示した樹脂と同様である。第2のポッティング樹脂は第1のポッティング樹脂と同じでもよく、異なっていてもよい。
コイルユニット2においても、コイルユニット1と同様の作用効果が得られるため、コイルの特性変化が抑制され、コイルユニットの厚みの増大も抑制される。
1、2…コイルユニット、11…基材、11a…第1の平面、11b…第2の平面、12…コイル、13…磁性体、14…第1の収容部、15…第2の収容部、16…導線、17…区画壁、18…巻線部、19…第1の配線部、20…第2の配線部、21…磁性体片、22…第2のポッティング樹脂、100…ワイヤレス電力伝送システム、200…ワイヤレス送電装置、201…変換回路、202…送電回路、203…送電コイルユニット、300…ワイヤレス受電装置、301…受電コイルユニット、303…整流平滑回路、L1…送電コイル、L2…受電コイル、C1…送電側コンデンサ、C2…受電側コンデンサ、EV…電気自動車、Vload…負荷
Claims (12)
- 導線が渦巻き状に巻かれて構成されているコイルと、
磁性体と、
前記コイルと前記磁性体との間に配置される基材と、を備え、
前記コイル及び前記磁性体が、前記基材に固定されている、コイルユニット。 - 前記基材が樹脂で構成されている、請求項1に記載のコイルユニット。
- 前記基材が前記コイルを収容する第1の収容部を有する、請求項1又は2に記載のコイルユニット。
- 前記基材が前記コイルの導線の間を区切る区画壁を有する、請求項1〜3のいずれか一項に記載のコイルユニット。
- 前記基材が前記磁性体を収容する第2の収容部を有する、請求項1〜4のいずれか一項に記載のコイルユニット。
- 前記第2の収容部が複数の領域に分割されている、請求項5に記載のコイルユニット。
- 前記磁性体が、複数の磁性体片で構成されている、請求項1〜6のいずれか一項に記載のコイルユニット。
- 前記磁性体が第1のポッティング樹脂で覆われて、前記基材に固定されている、請求項1〜7のいずれか一項に記載のコイルユニット。
- 前記コイルの導線が渦巻き状に巻かれている部分の一部が、第2のポッティング樹脂で前記基材に固定されている、請求項1〜8のいずれか一項に記載のコイルユニット。
- 電力をワイヤレスで送電するワイヤレス送電装置であって、
請求項1〜9の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。 - 電力をワイヤレスで受電するワイヤレス受電装置であって、
請求項1〜9の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。 - ワイヤレス送電装置からワイヤレス受電装置に向けて電力をワイヤレスで伝送す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及び前記ワイヤレス受電装置の少なくとも一方は、請求項1〜9の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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