JP6280698B2 - 給電コイルユニット - Google Patents

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Description

本発明は、給電コイルユニットに係り、例えば、電気自動車又はプラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）等のような走行可能な車輌に搭載された電池の充電電力を供給する非接触式の給電コイルユニットに関する。
一般に、地上に設置した充電装置のプラグを車輌のコネクタに接続して、車輌に搭載された電池を充電するようにしている。このようなプラグイン式に代えて、地上に設置した電源から非接触で車輌の充電装置に電力を供給する非接触給電装置が特許文献１に記載されている。これによれば、道路等に１次コイルを配設し、車輌の床面に２次コイルを配設し、それら１次と２次のコイルの電磁誘導によって地上に設けた電源から車輌に搭載した充電装置に電力を供給する非接触給電装置が提案されている。
同文献に記載の非接触給電装置に用いられる１次コイルは、ベース部とカバー部からなる八角形の平板箱状に形成された容器内に、１次コイルである平板状のコイル体を収容して給電コイルユニットを構成し、給電コイルユニットを道路に設置又は埋設して車輌の２次コイルに非接触で給電するようにしている。このような非接触給電に用いられる給電コイルユニットは、誤って車輌が乗り上げることを考慮して、耐荷重性能を持たせる必要があるが、電磁誘導を妨げないようにするため、金属などの強度部材を用いることができない。
そこで、同文献に記載の給電コイルユニットは、ベース部とカバー部をそれぞれレジンコンクリートにより形成し、ベース部とカバー部により形成された箱状のスペース内にコイル体を収容し、収容スペース内に形成されるすき間に詰め物を充填して、耐荷重性能を持たせる構造が提案されている。この充填材としては、発泡材、軽量化コンクリ材、アルミ材、低収縮性樹脂、等が例示されている。
特開２０１２−８９６１８号公報
ところで、給電コイルユニットの1次コイルに流す電流の周波数を商用周波数よりも高くすることが望まれるが、広い範囲に強い磁界が発生するので、電磁波シールドを考慮しなければならない。しかしながら、特許文献1に記載の給電コイルユニットは、ベース部とカバー部を絶縁材であるレジンコンクリートで形成しているから、電磁波シールドについては考慮されていない。
また、防水性を持たせるために、ベース部とカバー部で形成される空間に収容されるコイル等の部品のすき間に充填材を詰めているが、充填材の硬化時間、膨張、収縮を考慮して充填量を管理するとともに、均等に充填しなければならない。つまり、すき間が残っていると、防水性が低下するとともに、充填材の量が多すぎるとベース部とカバー部が膨張し、却って防水性が低下することが起こり得る。
本発明が解決しようとする課題は、漏磁界の強度を低減して電磁波による影響が外部に及ばない構造の給電コイルユニットを提供することにある。
上記の課題を解決するため、本発明の給電コイルユニットは、上面が開口されたケースと、該ケースの開口を覆う樹脂製のカバーと、前記ケースと前記カバーにより形成される空間内に収容されたコイル体と、前記コイル体に接続されて外部に引き出された電源ケーブルとを備え、前記ケースは、金属材料で形成され、平板状の底板と、該底板の周縁部に起立して形成された環状の壁体とを有してなることを特徴とする。
本発明によれば、給電コイルユニットを形成するケースを、金属材料で形成し、板状の底板と、該底板の周縁部に起立して形成された環状の壁体とを有してなる構造としたことを特徴とする。これにより、電磁波の発生源であるコイル体の上面を除いて、側面及び底面側が金属材料のケースで覆われることから、電磁波がケースの壁体及び底板で反射されて外部に漏れ出るのを抑制できる。
さらに、本発明において、前記ケースは、前記底板の周縁を前記壁体から張り出して形成されたフランジと、前記壁体の頂面の全周にわたってリングパッキンが装着されたパッキン溝とが形成され、前記カバーは、磁性を有しない樹脂により矩形状に形成され、平板状の天板の周縁に前記ケースの壁体の外周側に被せる覆い部が前記フランジ面まで垂下して形成されているものとすることができる。これによれば、ケースとカバーとの接合部の防水を、ケースの底面から壁体の高さ分だけ高い位置に設けたリングパッキンにより行うことができ、高圧洗浄等の際に、水が防水部に直接かからないから、防水構造の信頼性を向上することができる。
本発明によれば、漏磁界の強度を低減して電磁波による影響が外部に及ばない構造の給電コイルユニットを提供することができる。
本発明の給電コイルユニットの一実施例の分解斜視図である。 図１の実施例の組立体の内部構成を示す断面図である。 図１の実施例の特徴部の要部断面図である。
以下、本発明の給電コイルユニットの一実施例を説明する。本実施例は、例えば、電気自動車又はプラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）等のような走行可能な車輌に搭載された電池に充電電力を供給する非接触式の給電コイルユニットに関する。車両に搭載された電池を充電する非接触式充電システムは、例えば、車庫あるいは駐車場に設置された充電電源に１次コイルである給電コイルユニットを接続し、給電コイルユニットに相互誘導可能な範囲内に車輌の床面に設けられた２次コイルを位置させ、それら１次コイル及び２次コイル間の相互誘導によって、地上の充電電源から車輌に搭載された電池を充電するように形成できる。この場合において、例えば、地上に設置した充電電源は、商用周波数の電圧をインバータにより変換して比較的高い周波数の電流（以下、高周波電流という。）を給電コイルユニットに供給し、車両側では２次コイルに誘導された高周波電流を整流器で整流して電池を充電する非接触式充電システムを構成することができる。
このような非接触式充電システムに用いられる給電コイルユニットは、図１及び図２に示すように、ケース１と、ケース１の上面開口を覆うカバー２と、ケース１とカバー２とで形成される空間に収容されるコイル体３とを備えて構成される。ケース１は、本実施例では常磁性体であるアルミニウムで形成され、平板状の底板１１の周縁部に起立して環状に形成された壁体１２と、底板１１の周縁を壁体１２の外側まで張り出して形成されたフランジ１３と、壁体１２に形成されたケーブル貫通孔１４と、ケーブル貫通孔１４から引き出される電源ケーブル４を支持固定するケーブル支持板５を備えて形成されている。また、壁体１２の頂部には、壁体１２に沿って環状のパッキン溝１１ａが形成され、パッキン溝１１ａには環状のＯリングパッキン１０が装着されるようになっている。
ケーブル支持板５及び底板１１の底面（内面）１１ａには、電源ケーブル４を固定するケーブル受け台１８と、ケーブル押え金具１９がそれぞれ設けられている。そして、ケーブル押え金具１９をケーブル受け台１８にネジ２０で固定して、電源ケーブル４を挟持して固定するようになっている。なお、ケーブル貫通孔１４と電源ケーブル４との隙間は、図示していないパッキン等により防水される。
カバー２は、例えば、磁性を有しない樹脂により矩形状に形成され、平板状の天板２１の周縁にケース１の壁体１２の外周側に被せる覆い部２２が垂下して形成されている。また、天板２１には、ケース１のケーブル支持板５に合わせてケーブル４の引出し部を覆うケーブルカバー部２３が形成され、これに合わせて覆い部２２にケーブルカバー覆い部２２aが形成されている。また、カバー２の覆い部２２は、ケース１のフランジ１３の上面に接するように伸延して形成されている。そして、フランジ１３に適宜分散して設けられた貫通孔１６に対応する位置の覆い部２２に厚肉部２２ｂが形成され、厚肉部２２ｂに袋状のネジ孔２２ｃが穿設されている。そして、ケース１の壁体１２の外周側にカバー２を被せた状態で、ケース１の貫通孔１６からボルトなどの締結部材１６aを挿通して、ネジ孔２２ｃにネジ込むことによりカバー２をケース１に固定するようになっている。また、ケーブルカバー覆い部２２aに形成されたケーブル引出用の半円弧状の孔にリング状パッキン１０を圧入して、防水するようになっている。
一方、コイル体３は、図１及び図２に示すように、磁性体からなる平板状のコア３１を絶縁部材３２で挟み込んで形成した平板状のボビン３３を有して形成されている。そして、ボビン３３の中央部の外周の一定範囲にコイル導体３４を巻回して形成されている。なお、ボビン３３の表面にはコイル導体３４を装着する溝３３ａが複数形成されている。コイル導体３４が巻回されていないボビン３３の両側縁部に、複数の貫通孔３３ｂが穿設されている。この貫通孔３３ｂに対応させて、ケース１の底板１１の底面（内面）１１ａに形成された台座１７の上面にネジ孔１７ａが形成されている。そして、ボビン３３の貫通孔３３ｂから図示していないボルトを台座１７のネジ孔１７aにねじ込んで、コイル体３をケース１に固定するようになっている。また、コイル体３の図１において左奥側に形成されるスペースに制御ユニット６が配置され、コイル体３と制御ユニット６の上に透明な樹脂フィルム７が配置されている。
一方、コイル体３の下面とケース１の底面１１ａとの間のすき間に、複数の矩形の穴８ａを格子状に配列して形成した樹脂製のバッファプレート８が挿入されるようになっている。バッファプレート８は、例えば、高い靭性を有するＰＣ系の樹脂により形成することが好ましい。そして、バッファプレート８の肉厚は、台座１７の高さに応じた厚みにすることが好ましい。つまり、本実施例では、コイル体３を固定するケース１の台座１７は、ネジ受け長さ（袋ネジ）を確保するために、台座１７の厚みが必要となり、台座１７の上面が底面１１よりも高い位置になる。そのため、台座１７の上面にコイル体３のボビン３３の側縁部を固定すると、コイル体３の下面とケース１の底面１１ａとの間にすき間が形成されてしまう。このようなすき間があると、カバー２の上面に荷重が加わったとき、カバー２及びコイル体３が撓んで変形する。このような変形を繰り返し受けると、カバー２及びコイル体３が損傷を受けるおそれがある。そこで、本実施例では、少なくともコイル体３とケース１の底面１１ａとの間に形成されるすき間に、複数の穴８ａが形成された樹脂製のバッファプレート８が挟み込みこまれている。これにより、バッファプレート８によって、コイル体３とケース１との間のすき間がなくなるから、車輌が給電コイルユニットに乗り上げてカバー２に集中的な荷重が加わっても、カバー２及びコイル体３などの構成部品の撓みを抑制して、損傷を防止することができる。また、車輌が乗り上げた際の荷重が特定の部品に集中することなく、カバー２、コイル体３、バッファープレート８及びケース１に分散されるから、構成部品の損傷を防止することができる。また、内部の構成部品の配置に応じて、バッファプレート８の格子状の穴８ａの連結部８ｂを切断することにより、所要の形状に合わせることができる。
ここで、図１に分解斜視図で示した給電コイルユニットの組み立てについて説明する。組み立てられた給電コイルユニットは、図２の断面図に示す構造になる。まず、ケース１にバッファプレート８を組み付ける。バッファプレート８は、ケース１の図において右手前の壁体１２に沿って、台座１７の内側に挿入する。次いで、コイル体３をバッファプレート８の上面に載置するとともに、ボビン３３の両側縁を台座１７の上面に載置して、図示していないボルトを貫通孔３３ｂに挿入し、台座１７のネジ孔１７ａにねじ込んで、コイル体３をケース１に固定する。次に、コイル体３のコイル導体３４に接続され、かつ電源ケーブル４に接続された制御ユニット６を、コイル体３に並べてケース１の図において左奥側に収容する。なお、電源ケーブル４は、ケース１の壁体１２に形成されたケーブル貫通孔１４からケース１内に挿入して制御ユニット６に接続し、さらに制御ユニット６とコイル導体３４を接続しておく。また、電源ケーブル４は、ケーブル受け台１８に載置し、ケーブル押え金具１９をネジ２０でケーブル受け台１８に固定しておく。そして、コイル体３と制御ユニット６の上面に樹脂フィルム７を載置してカバー２を被せる。
すなわち、カバー２の覆い部２２をケース１の壁体１２の外周に被せるとともに、ケーブルカバー覆い部２２ａの位置をケーブル支持板５に合わせて、ケース１に被せる。そして、ケース１のフランジ１３の貫通穴１６から、図３に示すように、ボルト１６ａを、カバー２の覆い部２２に穿設されたネジ孔２２ｃにねじ込んで固定する。このとき、ケース１の壁体１２の頂面に形成されたパッキン溝１２ａに環状の例えばＯリングパッキン９を装着する。これにより、ケース１とカバー２により閉塞された空間に外部から水が浸入するのを防止することができる。
以上述べたように、本実施例によれば、給電コイルユニットを形成するケース１を、金属材料で形成し、板状の底板１１と、底板１１の周縁部に起立して形成された環状の壁体１２とを有してなる構造としたことを特徴とする。これにより、電磁波の発生源であるコイル体３の上面を除いて、側面及び底面側が金属材料のケース１で覆われることから、電磁波がケース１の壁体１２及び底板１１で反射されて外部に漏れ出るのを抑制して、電磁シールドすることができる。
また、本実施例によれば、ケース１の底板１１の周縁を壁体１２から張り出してフランジ１３を形成し、壁体１２の頂面の全周にわたって形成したパッキン溝１２ａにＯリングパッキン９を装着し、ケース２の覆い部２２がフランジ１３の上面まで伸延して形成されていることを特徴とする。これにより、覆い部２２が壁体１２の外周の全部を覆い、かつ図３の要部断面図に示すように、ケース１の底面１１aから壁体１２の高さ分だけ高い位置に設けたＯリングパッキン９により防水する構造であるから、ケース１とカバー２の接合部に形成される水の浸入経路４０を長くすることができる。その結果、高圧洗浄等の際に、水が防水部に直接かからないから、防水構造の信頼性を向上することができる。
以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の主旨の範囲で変形又は変更された形態で実施することが可能であることは、当業者にあっては明白なことであり、そのような変形又は変更された形態が本願の特許請求の範囲に属することは当然のことである。
上記の実施例では、ケース１をアルミニウム材で形成したが、他の金属材料で形成しても、本発明の効果を得ることができる。
１ ケース
２ カバー
３ コイル体
４ 電源ケーブル
６ 制御ユニット
７ 樹脂フィルム
８ バッファプレート
９ Ｏリングパッキン
１１ 底板
１２ 壁体
１３ フランジ
１６ 貫通孔
１７ 台座
２１ 天板
２２ 覆い部
３１ コア
３２ 絶縁部材
３３ ボビン
３４ コイル導体

Claims (1)

  1. 上面が開口されたケースと、該ケースの開口を覆う樹脂製のカバーと、前記ケースと前記カバーにより形成される空間内に収容されたコイル体と、前記コイル体に接続されて外部に引き出された電源ケーブルとを備え、前記ケースは、金属材料で形成され、平板状の底板と、該底板の周縁部に起立して形成された環状の壁体とを有し、
    前記ケースは、前記底板の周縁を前記壁体から張り出して形成されたフランジと、前記壁体の頂面の全周にわたってリングパッキンが装着されたパッキン溝とを有して形成され、
    前記カバーは、磁性を有しない樹脂により形成された平板状の天板部と、該天板部の周縁に前記ケースの壁体の外周側に被せる覆い部とを有してなり、該覆い部は前記フランジの上面まで垂下して形成されてなる給電コイルユニット。
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