JP2024039913A - 送電コイルユニット - Google Patents

Abstract

【課題】送電コイルユニットの寄生インダクタンスを低く抑えることができるようにする。【解決手段】送電コイルユニット１は、送電コイル２と、電源及び送電コイル２のそれぞれと電気的に接続され、電源から供給された電力を送電コイル２に供給する電力供給部材３と、を備える。電力供給部材３は、絶縁層３４を介して絶縁された第１金属板３１及び第２金属板３２を備え、電源から電力が供給されたときに、第１金属板３１又は第２金属板３２の一方を介して送電コイル２に電流が流れ、送電コイル２を流れた電流が、第１金属板３１又は第２金属板３２の他方を介して電源に戻るように構成されると共に、第１金属板３１を流れる電流の向きと、第２金属板３２を流れる電流の向きとが逆向きになるように構成される。【選択図】図１

Description

本発明は、送電コイルユニットに関する。

特許文献１には、非接触給電用の従来の給電マット（送電装置）として、車両に対して電力を非接触で伝送することができるように構成されたシート状の複数の送電コイルユニット同士を接続したものが開示されている。

特開２０１４－２３６５４０号公報

前述した従来の給電マットのように、送電コイルユニット同士を接続することによって給電マットの拡張を図る場合、その拡張規模が大きくなるにつれて、各送電コイルユニット内の内部電力配線の配線長の合計値が大きくなるため、電力配線の寄生インダクタンスによる影響も大きくなる。そのため、寄生インダクタンスの影響により、送電コイルユニットの共振周波数が予め設定された所望の共振周波数（例えば移動体などの給電対象が有する受電コイルユニットの共振周波数）からズレてしまい、伝送効率が低下するおそれがある。

本発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、送電コイルユニットの寄生インダクタンスを低く抑えることを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のある態様による送電コイルユニットは、送電コイルと、電源及び送電コイルのそれぞれと電気的に接続され、電源から供給された電力を前記送電コイルに供給する電力供給部材と、を備える。電力供給部材は、絶縁層を介して絶縁された第１金属板及び第２金属板を備え、電源から電力が供給されたときに、第１金属板又は第２金属板の一方を介して送電コイルに電流が流れ、送電コイルを流れた電流が、第１金属板又は第２金属板の他方を介して電源に戻るように構成されると共に、第１金属板を流れる電流の向きと、第２金属板を流れる電流の向きとが逆向きになるように構成される。

本発明のこの態様によれば、第１金属板又は第２金属板の一方を流れる電流によって形成される磁界を、第１金属板又は第２金属板の他方を流れる電流によって形成される磁界によって打ち消すことができる。そのため、送電コイルユニットの寄生インダクタンスを低く抑えることができる。

図１は、本発明の第１実施形態による給電マットの概略斜視図である。 図２は、本発明の第１実施形態による送電コイルユニットの概略分解斜視図である。 図３は、本発明の第１実施形態による基板型バスバーの概略斜視図である。 図４は、図３のIV-IV線に沿う基板型バスバーの概略断面図である。 図５Ａは、本発明の第１実施形態による基板型バスバーの一部の部品を示す概略斜視図である。 図５Ｂは、本発明の第１実施形態による基板型バスバーの一部の部品を示す概略斜視図である。 図６は、送電コイルユニット同士が連結される様子を示す図である。 図７は、第１金属板を流れる電流の向きと、第２金属板を流れる電流の向きとが逆向きになっている様子を示す図である。 図８は、本発明の第２実施形態による基板型バスバーの概略斜視図である。 図９は、図８のIX-IX線に沿う基板型バスバーの概略断面図である。

以下、図面を参照して実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による給電マット１００の概略斜視図である。

給電マット１００は、例えば外部電源などの電源から供給された電力を、給電対象に対して非接触で伝送することができるように構成されたマットであって、少なくとも１つのシート状の送電コイルユニット１を備える。給電対象は、送電コイルユニット１に対応する受電コイルユニットを有していれば、特に種類が限られるものではなく、車両やマイクロパレットなどの移動体であってもよいし、通信機器や家電製品などであってもよい。

送電コイルユニット１は、図１に示すように、互いに連結することができるように構成されており、これにより、給電マット１００を自由に拡張することができるようになっている。以下、送電コイルユニット１の詳細について、図２から図６を参照して説明する。

図２は、送電コイルユニット１の概略分解斜視図である。なお以下の説明では、便宜上、送電コイルユニット１の表裏両面のうち、給電対象が配置される側を表側といい、その反対側を裏側という。

送電コイルユニット１は、一又は複数の送電コイル２と、送電コイル２の下側に配置される基板型バスバー３と、カバー４と、を備える。この際、送電コイル２と基板型バスバー３の間に例えばシート状のフェライトを介在させることもできる。

送電コイル２は、例えばキャパシタ（図示せず）などと共に共振回路を形成し、送電コイルユニット１の上に配置された給電対象に対して、磁界共振結合（磁界共鳴）による非接触電力伝送を行う。なお電力伝送方式は磁界共振結合に限らず、磁界結合（電磁誘導）や、電界結合、電界共振結合（電界共鳴）などのその他の電力伝送方式でもよい。図２には、９個の送電コイル２が図示されている。

基板型バスバー３は、電源（図示せず）及び送電コイル２のそれぞれと電気的に接続され、電源から供給された電力を送電コイル２に供給する。基板型バスバー３の詳細については、図３から図６を参照して後述する。

カバー４は、送電コイル２の表側及び基板型バスバー３の裏側にそれぞれ配置され、送電コイル２及び基板型バスバー３を保護する。本実施形態ではカバー４は、送電コイルユニット１をロール状に巻いたり又は折り曲げたりすることができるように、可撓性を有する部材により構成される。

図３は、基板型バスバー３の概略斜視図である。図４は、図３のIV-IV線に沿う基板型バスバー３の概略断面図である。図５Ａ及び図５Ｂは、それぞれ基板型バスバー３の一部の部品を示す概略斜視図である。

図４に示すように、基板型バスバー３は、第１金属板３１と、第２金属板３２と、第１金属板３１の表側に配置される表側絶縁板３３と、第１金属板３１と第２金属板３２との間に配置される中間絶縁板３４と、第２金属板３２の裏側に配置される裏側絶縁板３５と、を備える。図５Ａは、基板型バスバー３から表側絶縁板３３、第１金属板３１及び中間絶縁板３４を取り除いた状態を示す斜視図（すなわち、裏側絶縁板３５及び第２金属板３２が積層された状態を示す斜視図）であり、図５Ｂは、基板型バスバー３から表側絶縁板３３のみを取り除いた状態を示す斜視図（すなわち、裏側絶縁板３５、第２金属板３２、中間絶縁板３４及び第１金属板３１が積層された状態を示す斜視図）である。

基板型バスバー３は、表側絶縁板３３によって、基板型バスバー３の表側に配置される部品（本実施形態では送電コイル２）と絶縁され、同様に裏側絶縁板３５によって、基板型バスバー３の裏側に配置される部品（本実施形態ではカバー４）と絶縁される。第１金属板３１及び第２金属板３２は、それらの間に配置される中間絶縁板３４によって互いに絶縁される。

また図３に示すように、基板型バスバー３は、電源からの電力を基板型バスバー３に供給するための一対の電力供給用端子６と、基板型バスバー３に供給された電力を基板型バスバー３の表側に配置された送電コイル２に供給するための一対の送電コイル接続用端子７と、を備える。図３には、２組の電力供給用端子６と、９組の送電コイル接続用端子７と、を備える基板型バスバー３が一例として図示されている。

電力供給用端子６は、基板型バスバー３、ひいては送電コイルユニット１を電源と電気的に接続するための端子として使用されると共に、送電コイルユニット１同士を連結する際には、互いの送電コイルユニット１を電気的に接続するための端子としても使用される。

一対の電力供給用端子６のうちの一方の端子（以下「第１電力供給用端子」という。）６Ａは、第１金属板３１と導通しており、送電コイルユニット１を電源と接続するときには、電源が有する電圧印可用の一対の出力端子のうちの一方の出力端子と例えば給電線などを介して電気的に接続される。また、例えば図６に示すように、第１電力供給用端子６Ａは、送電コイルユニット１同士を連結する際には、連結される他の送電コイルユニット１の基板型バスバー３の第１電力供給用端子６Ａと例えば薄い導電性の締結具８などを介して電気的に接続される。

一方で、一対の電力供給用端子６のうちの他方の端子（以下「第２電力供給用端子」という。）６Ｂは、第２金属板３２と導通しており、送電コイルユニット１を電源と接続するときには、電源が有する電圧印可用の一対の出力端子のうちの他方の出力端子と例えば給電線などを介して電気的に接続される。また、例えば図６に示すように、第２電力供給用端子６Ｂは、送電コイルユニット１同士を連結する際には、連結される送電コイルユニット１の基板型バスバー３の第２電力供給用端子６Ｂと例えば薄い導電性の締結具８などを介して電気的に接続される。なお本実施形態では、図３や図６に示すように、電力供給用端子６を基板型バスバー３の左右の両端部に設けているが、これに加えて上下の両端部に設けても良い。このようにすることで、送電コイルユニット１を左右のみならず、上下にも接続することができるので、給電マット１００を上下左右に拡張することができる。

送電コイル接続用端子７は、基板型バスバー３を送電コイル２と電気的に接続するための端子として使用される。

一対の送電コイル接続用端子７のうちの一方の端子（以下「第１送電コイル接続用端子」という。）７Ａは、第１金属板３１と導通しており、送電コイル２の一端部と電気的に接続される。

一方で、一対の送電コイル接続用端子７のうちの他方の端子（以下「第２送電コイル接続用端子」という。）７Ｂは、第２金属板３２と導通しており、送電コイル２の他端部と電気的に接続される。

このような構成により、電源から第１電力供給用端子６Ａを介して第１金属板３１に電流が供給された場合、その電流は、第１金属板３１を流れて第１金属板３１から第１送電コイル接続用端子７Ａを介して送電コイル２に供給される。そして、送電コイル２を流れた電流は、第２送電コイル接続用端子７Ｂを介して第２金属板３２に流れ込み、第２金属板３２を流れて第２金属板３２から第２電力供給用端子６Ｂを介して電源に戻ることになる。当然、電源から第２電力供給用端子６Ｂを介して第２金属板３２に電流が供給された場合、電流の流れはこの逆となる。

そしてこの際、本実施形態では、図７に示すように、第１金属板３１を流れる電流の向きと、第２金属板３２を流れる電流の向きと、が逆向きとなるように、一対の電力供給用端子６の位置が基板型バスバー３上において決定されている。これにより、以下の作用効果を得ることができる。

すなわち図７に示すように、それぞれ幅を持つ第１金属板３１及び第２金属板３２の間に絶縁層（本実施形態では中間絶縁板３４）を設け、第１金属板３１を流れる電流の向きと、第２金属板３２を流れる電流の向きと、を逆向きにすることで、第１金属板３１を流れる電流によって形成される磁界の向き（図７の例では反時計周り）と、第２金属板３２を流れる電流によって形成される磁界の向き（図７の例では時計周り）と、を逆向きにすることができる。

これにより、第１金属板３１又は第２金属板３２の一方の金属板を流れる電流によって形成される磁界を、第１金属板３１又は第２金属板３２の他方の金属板を流れる電流によって形成される磁界によって相殺することができる。そのため、送電コイルユニット１の寄生インダクタンス、すなわち、電源の電力を送電コイル２に供給するための送電コイルユニット１の内部の電力経路のインダクタンスを小さくすることができる。

なお、第１金属板３１と第２金属板３２との厚さ方向の距離が短いほど、すなわち中間絶縁板３４の厚さが薄いほど、磁界の相殺効果は大きくなる。そのため、中間絶縁板３４の厚さは、第１金属板３１と第２金属板３２との絶縁性を図れる範囲内で可能な限り薄くすることが望ましい。

以上説明した本実施形態による送電コイルユニット１は、送電コイル２と、電源及び前記送電コイル２のそれぞれと電気的に接続され、電源から供給された電力を送電コイル２に供給する基板型バスバー３（電力供給部材）と、を備える。基板型バスバー３は、中間絶縁板３４（絶縁層）を介して絶縁された第１金属板３１及び第２金属板３２を備え、電源から電力が供給されたときに、第１金属板３１又は第２金属板３２の一方を介して送電コイル２に電流が流れ、送電コイル２を流れた電流が、第１金属板３１又は第２金属板３２の他方を介して電源に戻るように構成されると共に、第１金属板３１を流れる電流の向きと、第２金属板３２を流れる電流の向きとが逆向きになるように構成される。

これにより、第１金属板３１又は第２金属板３２の一方の金属板を流れる電流によって形成される磁界を、第１金属板３１又は第２金属板３２の他方の金属板を流れる電流によって形成される磁界によって打ち消すことができる。そのため、送電コイルユニット１の寄生インダクタンス、すなわち、電源の電力を送電コイル２に供給するための送電コイルユニット１内の電力経路のインダクタンスを小さくすることができる。また、送電コイルユニット１同士を接続して給電マット１００の拡張を図った場合であっても、寄生インダクタンスの影響が小さいため、送電コイルユニット１の共振周波数が予め設定された所望の共振周波数（例えば移動体などの給電対象が有する受電コイルユニットの共振周波数）からズレるのを抑制して伝送効率が低下するのを抑制することができる。

本実施形態による基板型バスバー３は、詳細には、電源からの電力を基板型バスバー３に供給するための一対の電力供給用端子６と、基板型バスバー３に供給された電力を送電コイル２に供給するための一対の送電コイル接続用端子７と、を有する。一対の電力供給用端子６の一方の第１電力供給用端子６Ａは、電源の一方の出力端子と電気的に接続するための端子として使用されると共に第１金属板３１と導通しており、他方の第２電力供給用端子６Ｂは、電源の他方の出力端子と電気的に接続するための端子として使用されると共に第２金属板３２と導通している。また、一対の送電コイル接続用端子７の一方の第１送電コイル接続用端子７Ａは、送電コイル２の一端部と電気的に接続するための端子として使用されると共に第１金属板３１と導通しており、他方の第２送電コイル接続用端子７Ｂは、送電コイル２の他端部と電気的に接続するための端子として使用されると共に第２金属板３２と導通している。そして、第１金属板３１を流れる電流の向きと、第２金属板３２を流れる電流の向きと、が逆向きとなるように、一対の電力供給用端子６の位置が基板型バスバー３上において決定されている。

また本実施形態では、基板型バスバー３の一対の電力供給用端子６は、別の送電コイルユニット１を電気的に接続するための端子としても使用される。これにより、送電コイルユニット同士を接続して給電マット１００の拡張を容易に図ることができる。

（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、送電コイルの熱を放熱するための放熱材３６を基板型バスバー３に設けた点で第１実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。

図８は、本実施形態による基板型バスバー３の概略斜視図である。図９は、図８のIX-IX線に沿う基板型バスバー３の概略断面図である。

図８及び図９に示すように、本実施形態による基板型バスバー３は、基板型バスバー３の表面側から裏面側までを貫通する放熱材３６を備える。放熱材３６としては、例えばアルミニウムなどの熱伝導率の高い金属を用いることができる。

本実施形態では放熱材３６は、第１金属板３１及び第２金属板３２との絶縁性を確保した上で、基板型バスバー３の中央部の４か所に取り付けられている。しかしながら放熱材３６は、第１金属板３１及び第２金属板３２を流れる電流の流れを阻害しない範囲で、基板型バスバー３の任意の位置及び範囲に取り付けることができる。

このように、基板型バスバー３にその表面側から裏面側までを貫通する放熱材３６を設けることで、基板型バスバー３の表面側に配置される送電コイル２の熱を、放熱材３６によって基板型バスバー３の裏面側、ひいては送電コイルユニット１の裏面側に放出することができる。

以上説明した本実施形態による送電コイルユニット１の送電コイル２は、基板型バスバー３（電力供給部材）の表面側に配置され、基板型バスバー３は、基板型バスバー３の表面側から裏面側までを貫通する放熱材３６を備える。

具体的には基板型バスバー３は、第１金属板３１の表側に配置される表側絶縁板３３と、第１金属板３１と第２金属板３２との間に配置される中間絶縁板３４と、第２金属板３２の裏側に配置される裏側絶縁板３５と、を備え、放熱材３６は、表側絶縁板３３、第１金属板３１、中間絶縁板３４、第２金属板３２及び裏側絶縁板３５を貫通して送電コイル２の熱を基板型バスバー３の裏面側に放熱するように基板型バスバー３に取り付けられている。

これにより、基板型バスバー３の表面側に配置される送電コイル２の熱を、放熱材３６によって基板型バスバー３の裏面側、ひいては送電コイルユニット１の裏面側に放出することができる。

また基板型バスバー３の表面側に送電コイル２が配置されて、表側絶縁板３３、第１金属板３１、中間絶縁板３４、第２金属板３２及び裏側絶縁板３５の順でそれらが表面側から配置されているため、送電コイル２が発生させる磁界のうち、送電コイルユニット１の裏面側に向かう磁界を、第１金属板３１及び第２金属板３２によって遮断することができる。そのため、送電コイルユニット１、ひいては給電マット１００の使用時に、地中に埋め込まれた何らかの部品を誤って加熱したりしてしまうのを抑制することができる。そして、第１金属板３１及び第２金属板３２に双方の厚さの合計値を大きくするほど、磁界の遮断効果を大きくすることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

１ 送電コイルユニット
２ 送電コイル
３ 基板型バスバー（電力供給部材）
６ 電力供給用端子
６Ａ 第１電力供給用端子
６Ｂ 第２電力供給用端子
７ 送電コイル接続用端子
７Ａ 第１送電コイル接続用端子
７Ｂ 第２送電コイル接続用端子
３１ 第１金属板
３２ 第２金属板
３３ 表側絶縁板
３４ 中間絶縁板
３５ 裏側絶縁板
３６ 放熱材

Claims (5)

1. 送電コイルと、
   電源及び前記送電コイルのそれぞれと電気的に接続され、前記電源から供給された電力を前記送電コイルに供給する電力供給部材と、
   を備える非接触給電用の送電コイルユニットであって、
   前記電力供給部材は、
   絶縁層を介して絶縁された第１金属板及び第２金属板を備え、
   前記電源から電力が供給されたときに、前記第１金属板又は前記第２金属板の一方を介して前記送電コイルに電流が流れ、前記送電コイルを流れた電流が、前記第１金属板又は前記第２金属板の他方を介して前記電源に戻るように構成されると共に、前記第１金属板を流れる電流の向きと、前記第２金属板を流れる電流の向きとが逆向きになるように構成される、
   送電コイルユニット。
2. 前記電力供給部材は、
   前記電源からの電力を前記電力供給部材に供給するための一対の電力供給用端子と、前記電力供給部材に供給された電力を前記送電コイルに供給するための一対の送電コイル接続用端子と、を有し、
   一対の前記電力供給用端子の一方の第１電力供給用端子は、
   前記電源の一方の出力端子と電気的に接続するための端子として使用されると共に前記第１金属板と導通しており、
   一対の前記電力供給用端子の他方の第２電力供給用端子は、
   前記電源の他方の出力端子と電気的に接続するための端子として使用されると共に前記第２金属板と導通しており、
   一対の前記送電コイル接続用端子の一方の第１送電コイル接続用端子は、
   前記送電コイルの一端部と電気的に接続するための端子として使用されると共に前記第１金属板と導通しており、
   一対の前記送電コイル接続用端子の他方の第２送電コイル接続用端子は、
   前記送電コイルの他端部と電気的に接続するための端子として使用されると共に前記第２金属板と導通しており、
   前記第１金属板を流れる電流の向きと、前記第２金属板を流れる電流の向きと、が逆向きとなるように、一対の前記電力供給用端子の位置が前記電力供給部材上において決定されている、
   請求項１に記載の送電コイルユニット。
3. 一対の前記電力供給用端子は、別の前記送電コイルユニットを電気的に接続するための端子としても使用される、
   請求項２に記載の送電コイルユニット。
4. 前記送電コイルは、前記電力供給部材の表面側に配置され、
   前記電力供給部材は、前記電力供給部材の表面側から裏面側までを貫通する放熱材を備える、
   請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の送電コイルユニット。
5. 前記電力供給部材は、
   前記第１金属板の表側に配置される表側絶縁板と、
   前記第１金属板と前記第２金属板との間に配置される前記絶縁層としての中間絶縁板と、
   前記第２金属板の裏側に配置される裏側絶縁板と、
   を備え、
   前記放熱材は、
   前記表側絶縁板、前記第１金属板、前記中間絶縁板、前記第２金属板及び前記裏側絶縁板を貫通して前記送電コイルの熱を前記電力供給部材の裏面側に放熱する、
   請求項４に記載の送電コイルユニット。

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