JP6476713B2 - ワイヤレス電力伝送用コイルユニット - Google Patents

Description

本発明は、ワイヤレス電力伝送用コイルユニットに関する。

近年、電源コードなしで電力を供給するワイヤレス電力伝送技術が注目されつつある。現在のワイヤレス電力伝送技術は、（Ａ）電磁誘導を利用するタイプ（近距離用）、（Ｂ）磁場の共振現象を利用するタイプ（中距離用）、（Ｃ）電波を利用するタイプ（遠距離用）、の３種類に大別できる。

これらの３種類のワイヤレス電力伝送技術のうち、電磁誘導を利用するタイプ（Ａ）は給電側コイルを通る交流が磁界を発生させ、その結果受電側コイルに生じる電圧を利用する送電技術である。この電磁誘導を利用するタイプは、距離を大きくすると電力伝送効率が急激に低下してしまうものの、数ｃｍ程度の近距離であれば、十分な電力伝送効率が得られるうえ、低コストで実現できるため、電動シェーバーなどの身近な家電製品において一般的に利用されている。

磁場の共振現象を利用するタイプ（Ｂ）は、比較的新しい技術であり、一対の自己共振コイルを電磁場において共振させ、電磁場を介して送電するワイヤレス電力伝送技術である。この技術を応用すれば、数ｍ程度の距離であっても、数ｋＷの大電力を高い電力伝送効率で送電させることも可能である。たとえば、電気自動車の車両下部に受電コイルを埋め込み、地中の給電コイルから非接触にて電力を送り込むという案も検討されている。ワイヤレスであるため完全に絶縁されたシステム構成が可能であり、特に、雨天時の給電に効果的であると考えられる。

これらの電磁誘導を利用するタイプ（Ａ）や磁場の共振現象を利用するタイプ（Ｂ）のワイヤレス電力伝送装置においては、給電側コイルから受電側コイルにできるだけ効率よく電力を伝送することが求められる。

送電側及び受電側コイルから放射される磁束は、受給電に用いられる磁束と、受給電に寄与しない磁束とに分かれることが避けられず、電力伝送効率を向上させるには、送電側及び受電側コイルから放射される磁束のうち、受給電に用いられる磁束の割合を高くする必要がある。

また、送電側及び受電側コイルから放射される磁束は周辺機器への影響を避けるために十分に遮断する必要がある。

上述のように、送電側及び受電側コイルからの放射される磁束のうち、受給電に寄与しない磁束を効果的にシールドするために、送電側及び受電側コイルの周辺には、磁性材料、金属材料等のシールド材が用いられる。

さらに、電磁誘導を利用するタイプ（Ａ）や磁場の共振現象を利用するタイプ（Ｂ）のワイヤレス電力伝送装置においては、動作原理の違いこそあれコイルに高電圧を負荷して電力を伝送するため、コイルとコイル周辺の磁性材料や金属材料との間に所定の絶縁距離（例えば、空間放電が生じないだけの電位差を確保する長さである空間距離や、沿面放電が生じないだけの電位差を確保する長さである沿面距離）を確保する必要がある。

しかしながら、絶縁距離を確保するため、コイルエッジからの距離を空間的に確保したり、また、コイルの露出面をテープ等の絶縁被覆によって覆ったり、ボビンに中敷きを入れたりして絶縁物を介在させると、コイルユニットが大型化してしまう。

コイルサイズの大型化を抑制しつつ、巻き数を増加させることのできる送受電コイルとしては、例えば特許文献１には、第１層と第２層を有する基板上に、コイル導体が、第１層に巻回されたあと第２層にも巻回された給電又は受電コイルが開示されている。

特開２０１１−８６８９０号公報

しかしながら、本発明者らは、特許文献１の送受電コイルは、基板同士が接着しているため、コイル導体と、基板の周辺に配置されることとなるシールド材等の金属系材料との絶縁が不十分な構造であり、十分な絶縁距離を確保する必要があることを見出した。

また、ワイヤレス電力伝送技術を移動体への充電設備に適用した場合、給電コイルが地面上に配置されることとなるが、この際、移動体が給電コイルに乗り上げてしまうことに対する耐荷重性能を確保する必要がある。しかしながら、特許文献１では、給電コイルの耐荷重性能に関しては何ら考慮されておらず、十分な耐荷重性能を確保するという課題が依然残っていた。

そこで本発明は、大型化することなく、線材と、コイルユニット周辺に配置されることとなるシールド材等の金属系材料との絶縁を十分に確保できるとともに、コイルユニットの耐荷重性能を向上させたワイヤレス電力伝送用コイルユニットを提供することを目的とする。

本発明に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニットは、対向する第１及び第２の主面を有する平面状ボビンと、第１の主面上に巻回された線材と、第１の主面を覆うように設けられた絶縁カバー部材と、を備え、第１の主面は、第１の溝部と第１の突部とから構成され、第１の溝部及び第１の突部に沿って線材が設けられた第１の主面側巻線収納部と、第１の主面側巻線収納部よりも外周側に第２の溝部と第１の突部の突出方向に沿って延びる第２の突部とから構成される第１の主面側絶縁保護部と、を有し、絶縁カバー部材は、第２の溝部に対応する第３の突部と、第２の突部に対応する第３の溝部とが設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、第１の主面側巻線収納部よりも外周側に第２の溝部と第１の突部の突出方向に沿って延びる第２の突部とから構成される第１の主面側絶縁保護部と、を有している。そのため、線材を流れる電流は、第２の突部と第２の溝部に沿って放電することとなり、コイルユニットの外部に配置された金属系材料との沿面距離を長くできる。つまり、線材と、コイルユニット周辺に配置されることとなるシールド材等の金属系材料との絶縁距離を延ばすことができ、絶縁を十分に確保することができる。

また、本発明に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニットにおいては、絶縁カバー部材が第２の溝部に対応する第３の突部と、第２の突部に対応する第３の溝部とが設けられている。そのため、ワイヤレス電力伝送用コイルユニットの外周部に応力が加わったとしても、第２の溝部の底面に第３の突部の先端面が接触して支柱として機能するとともに、第２の突部の先端面と第３の溝部の底面が接触して支柱として機能することから、ワイヤレス電力伝送用コイルユニットの外周部における耐荷重性能を向上させることができる。つまり、本発明に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニットを移動体への充電設備における給電コイルユニットに適用した場合において、移動体が給電コイルユニットの外周部に乗り上げてしまうことに対する耐荷重性能を確保することができる。したがって、大型化することなく、線材と、コイルユニット周辺に配置されることとなるシールド材等の金属系材料との絶縁を十分に確保できるとともに、コイルユニットの耐荷重性能を向上させたワイヤレス電力伝送用コイルユニットを提供することができる。

好ましくは、第２の突部、第２の溝部、第３の突部、及び、第３の溝部は、それぞれ複数設けてもよい。この場合、コイルユニットの耐荷重性能を損なうことなく、線材と、コイルユニット周辺に配置されることとなるシールド材等の金属系材料との絶縁距離を更に延ばすことができ、絶縁を確実に確保することができる。

好ましくは、第２の主面を覆うように設けられた絶縁ベース部材を、さらに備え、線材は、第２の主面上にも巻回されており、第２の主面は、第４の溝部と第４の突部とから構成され、第４の溝部及び第４の突部に沿って線材が設けられた第２の主面側巻線収納部と、第２の主面側巻線収納部よりも外周側に第５の溝部と第４の突部の突出方向に沿って延びる第５の突部とから構成される第２の主面側絶縁保護部と、を有し、絶縁ベース部材は、第５の溝部に対応する第６の突部と、第５の突部に対応する第６の溝部を設けてもよい。この場合、線材が層状に連続して巻回されている多層コイルとなることから、線材と、コイルユニット周辺に配置されることとなるシールド材等の金属系材料との絶縁を十分に確保するとともに、コイルユニットの耐荷重性能を向上させつつ、コイルユニットのインダクタンス値を向上させることができる。

より好ましくは、第５の突部、第５の溝部、第６の突部、及び、第６の溝部は、それぞれ複数設けてもよい。この場合、コイルユニットの耐荷重性能を損なうことなく、第２主面上に巻回された線材と、コイルユニット周辺に配置されることとなるシールド材等の金属系材料との絶縁距離を更に延ばすことができ、絶縁を確実に確保することができる。

好ましくは、第２の突部の先端面と第３の溝部の底面との間、第２の溝部の底面と第３の突部の先端面との間、第５の突部の先端面と第６の溝部の底面との間、及び、第５の溝部の底面と第６の突部の先端面との間に設けられる緩衝材を、さらに備えてもよい。この場合、ワイヤレス電力伝送用コイルユニットの外周部に応力が加わり、第２の突部の先端面と第３の溝部の底面が接触して支柱として機能し、第２の溝部の底面に第３の突部の先端面が接触して支柱として機能し、第５の突部の先端面と第６の溝部の底面が接触して支柱として機能し、第５の溝部の底面と第６の突部の先端面が接触して支柱として機能する際の耐衝撃性能を向上させることができる。したがって、コイルユニットの耐衝撃性能を向上させたワイヤレス電力伝送用コイルユニットを提供することができる。

本発明によれば、大型化することなく、線材と、コイルユニット周辺に配置されることとなるシールド材等の金属系材料との絶縁を十分に確保できるとともに、コイルユニットの耐荷重性能を向上させたワイヤレス電力伝送用コイルユニットを提供することができる。

本発明の好適な実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニットが適用されるワイヤレス電力伝送装置を負荷とともに示す模式構成図である。 本発明の第一実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニットを模式的に示した斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニットを模式的に示した断面図である。 本発明の第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニットを模式的に示した断面図である。 本発明の第３実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニットを模式的に示した断面図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

まず、図１を参照して、本発明の好適な実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニットが適用されるワイヤレス電力伝送装置Ａの全体構成について説明する。図１は、本発明の好適な実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニットが適用されるワイヤレス電力伝送装置を負荷とともに示す模式構成図である。なお、本発明に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニットは、ワイヤレス電力伝送装置におけるワイヤレス給電装置あるいはワイヤレス受電装置のいずれにも適用可能であるが、ここでは、本発明に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニットをワイヤレス給電装置に適用した例を用いて説明する。

ワイヤレス電力伝送装置Ａは、図１に示されるように、ワイヤレス給電装置ａ１と、ワイヤレス受電装置ａ２と、を有する。本実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置Ａは、車両への充電設備に適用される。ワイヤレス電力伝送装置Ａが適用される車両としては、二次電池の電力を利用する電気自動車（ＢＥＶ：Ｂａｔｔｅｒｙ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）やハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ：Ｐｌｕｇ−ｉｎ Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）などが挙げられる。

ワイヤレス給電装置ａ１は、電源ａ１１と、インバータａ１２と、給電コイルユニットａ１３と、を有する。ワイヤレス受電装置ａ２は、受電コイルユニットａ２１と、整流部ａ２２と、を有する。電源ａ１１は、直流電力を後述するインバータａ１２に供給する。電源ａ１１としては、直流電力を出力するものであれば特に制限されず、商用交流電源を整流・平滑した直流電源、二次電池、太陽光発電した直流電源、あるいは、スイッチングコンバータなどのスイッチング電源装置などが挙げられる。

インバータａ１２は、電源ａ１１から供給される入力直流電力を交流電力に変換する機能を有している。本実施形態では、インバータａ１２は、電源ａ１１から供給される入力直流電力を交流電力に変換し、後述する受電部ａ２１に供給する。インバータａ１２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から構成される。このスイッチング回路を構成するスイッチング素子としては、例えばＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ−Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの素子が挙げられる。

給電コイルユニットａ１３は、インバータａ１２から供給された交流電力を後述する受電コイルユニットａ２１に送電する機能を有する。本実施形態においては、給電コイルユニットａ１３は、地中または地面近傍に配設されることとなる。なお、給電コイルユニットａ１３に適用されるワイヤレス電力伝送用コイルユニットの具体的な構成は後述する。

受電コイルユニットａ２１は、給電コイルユニットａ１３から送電された交流電力を受電する機能を有する。本実施形態においては、受電コイルユニットａ２１は、車両の車両下部に搭載されることとなる。

整流部ａ２２は、受電コイルユニットａ２１が受電した交流電力を直流電力に整流する機能を有する。整流部ａ２２としては、ダイオードブリッジを用いた全波整流機能と、コンデンサ及び三端子レギュレータを用いた電力平滑化機能を備えた変換回路などが挙げられる。この整流部ａ２２により整流された直流電力は、負荷Ｂに出力される。ここで、負荷Ｂとしては、車両が備える二次電池や回転機が挙げられる。なお、負荷Ｂが交流回転機の場合、ワイヤレス受電装置ａ２の整流部ａ２２と負荷Ｂとの間にインバータ（図示しない）を付加して交流回転機に交流電力を供給するように構成する必要がある。

このような構成を備えることにより、ワイヤレス給電装置ａ１の給電コイルユニットａ１３とワイヤレス受電装置ａ２の受電コイルユニットａ２１が対向することで、ワイヤレスにて電力が伝送されるワイヤレス電力伝送装置Ａが実現される。

（第１実施形態）
続いて、図２および図３を参照して、上述したワイヤレス電力伝送装置Ａにおける給電コイルユニットａ１３に適用される本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニットＬｕ１の詳細について説明する。図２および図３は本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニットを模式的に示した斜視図と断面図である。

ワイヤレス電力伝送用コイルユニットは、図２および図３に示されるように、平面状ボビンＣと、線材Ｄと、絶縁カバー部材Ｅと、シールド材Ｇと、を有する。

平面状ボビンＣは、外形形状が略直方体状を呈している。具体的には、平面状ボビンＣは、その外表面として、対向する略正方形状の第１及び第２の主面Ｃ１ｓ，Ｃ２ｓと、対向する第１及び第２の側面Ｃ３ｓ，Ｃ４ｓと、対向する第３及び第４の側面（図示しない）と、を有する。第１及び第２の側面Ｃ３ｓ，Ｃ４ｓは、第１及び第２の主面Ｃ１ｓ，Ｃ２ｓ間を連結するように第１の方向に伸びている。第３及び第４の側面（図示しない）は、第１及び第２の主面Ｃ１ｓ，Ｃ２ｓ間を連結するように第１の方向と直交する第２の方向に伸びている。なお、本実施形態では、平面状ボビンＣの第１及び第２の主面Ｃ１ｓ，Ｃ２Ｓは略正方形を呈しているがこれに限られることなく、多角形、円形、楕円系のいずれの形状を呈していてもよい。平面状ボビンＣの材質としては、絶縁性の樹脂が好ましく、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合合成樹脂（ＡＢＳ）、ポリブチレンテレフタレート樹脂（ＰＢＴ）、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）などが挙げられる。

平面状ボビンＣの第１の主面Ｃ１ｓは、中央に設けられた有底孔と、第１の主面側巻線収納部Ｃ１１と、第１の主面側絶縁保護部Ｃ１２と、を有する。第１の主面側巻線収納部Ｃ１１は、中央の有底孔から外周側に向けて渦状に形成された第１の溝部Ｃ１ｍと第１の突部Ｃ１ｔから構成されている。具体的には、第１の突部Ｃ１ｔは、平面状ボビンＣの第１の主面Ｃ１ｓと第２の主面Ｃ２ｓの対向方向に沿って伸びており、この第１の突部Ｃ１ｔが第１の主面Ｃ１ｓと第２の主面Ｃ２ｓの対向方向と直交する方向（第１の側面Ｃ３ｓと第２の側面Ｃ４ｓの対向方向ならびに第３の側面と第４の側面の対向方向）に所定の間隔を空けて複数配置されている。第１の溝部Ｃ１ｍは、複数の第１の突部Ｃ１ｔのうちの２つの第１の突部Ｃ１ｔの間に形成されている。そして、第１の溝部Ｃ１ｍ及び第１の突部Ｃ１ｔに沿って後述する線材Ｄが設けられる。すなわち、第１の溝部Ｃ１ｍの底面と、第１の突部Ｃ１ｔ及び第１の溝部Ｃ１ｍの側面（共通）とによって、後述する線材Ｄが収納される空間が画定される。

第１の主面側絶縁保護部Ｃ１２は、第１の主面側巻線収納部Ｃ１１よりも外周側に有する。第１の主面側絶縁保護部Ｃ１２は、第１の主面側巻線収納部Ｃ１１から外周側に向けて渦状に形成された第２の溝部Ｃ２ｍと第１の突部Ｃ２ｔから構成されている。具体的には、第２の突部Ｃ２ｔは、平面状ボビンＣの第１の主面Ｃ１ｓと第２の主面Ｃ２ｓの対向方向に沿って伸びている。つまり、第２の突部Ｃ２ｔは、第１の突部Ｃ１ｔの突出方向に沿って伸びている。第２の溝部Ｃ２ｍは、第１の突部Ｃ２ｔに隣接して形成されている。本実施形態では、第２の突部Ｃ２ｔと第２の溝部Ｃ２ｍは、それぞれ複数設けられている。したがって、第２の溝部Ｃ２ｍの底面と、第２の突部Ｃ２ｔ及び第２の溝部Ｃ２ｍの側面（共通）とによって、空間が画定される。

線材Ｄは、平面状ボビンＣの第１の主面Ｃ１ｓ上に巻回されている。具体的には、平面状ボビンＣの第１の主面Ｃ１ｓが有する第１の主面側巻線収納部Ｃ１１に設けられている。より具体的には、第１の溝部Ｃ１ｍの底面と、第１の突部Ｃ１ｔ及び第１の溝部Ｃ１ｍの側面（共通）とによって画定される空間に沿って巻回されている。線材Ｄとしては、銅、銀、金、アルミニウム、又は、これらを構成成分として含む金属ワイヤが挙げられる。軽量化の観点では、アルミニウム線、銅クラッドアルミ線等を用いるとよい。軽量化と電気伝導率とを両立する観点では、アルミニウム線の周囲に銅を一様に被覆した、銅クラッドアルミ線が好ましい。銅クラッドアルミ線は、多数本を束ね撚り合わせたリッツ線として用いるのがよい。

絶縁カバー部材Ｅは、平面状ボビンＣの第１の主面Ｃ１ｓを覆うように配置されている。本実施形態では、平面状ボビンＣの第１の側面Ｃ３ｓ及び第２の側面Ｃ４ｓも覆うように配置されている。すなわち、絶縁カバー部材Ｅは、ワイヤレス電力伝送用コイルユニットＬｕ１の筐体としての役割を果たすこととなる。また、絶縁カバー部材Ｅは、平面状ボビンＣの第１の主面Ｃ１ｓと対向する面側に、第２の溝部Ｃ２ｍに対応する第３の突部Ｅ３ｔと、第２の突部Ｃ２ｔに対応する第３の溝部Ｅ３ｍが設けられている。具体的には、第３の突部Ｅ３ｔは、その先端面が第２の溝部Ｃ２ｍの底面に対向するように設けられ、第３の溝部Ｅ３ｍは、その底面が第２の突部Ｃ２ｔの先端面に対向するように設けられている。第３の突部Ｅ３ｔと第３の溝部Ｅ３ｍは、隣接して設けられている。本実施形態では、第３の突部Ｅ３ｔと第３の溝部Ｅ３ｍは、それぞれ複数設けられている。したがって、第３の溝部Ｅ３ｍの底面と、第３の突部Ｅ３ｔ及び第３の溝部Ｅ３ｍの側面（共通）によって、第２の突部Ｃ２ｔを収納する空間が画定される。なお、絶縁カバー部材Ｅは、第１の突部Ｃ１ｔの先端面に接触して配置してもよく、第１の突部Ｃ１ｔの先端面との間に隙間を設けて配置してもよい。また、絶縁カバー部材Ｅの第３の突部Ｅ３ｔの先端面は、第２の溝部Ｃ２ｍの底面に接触して配置してもよく、第２の溝部Ｃ２ｍの底面との間に隙間を設けて配置してもよい。またさらには、絶縁カバー部材Ｅの第３の溝部Ｅ３ｍの底面は、第２の突部Ｃ２ｔの先端面に接触して配置してもよく、第２の突部Ｃ２ｔの先端面との間に隙間を設けて配置してもよい。

シールド材Ｇは、平面状ボビンＣの第２の主面Ｃ２ｓと対向して配置されている。本実施形態では、シールド材Ｇは、板状を呈しており、平面状ボビンＣの第１の主面Ｃ１ｓと第２の主面Ｃ２ｓの対向方向と直交する方向に伸びている。このシールド材Ｇは、誘導電流や渦電流などにより磁界を打ち消して磁束の通過を遮る電磁シールド材としての機能を有する。また、シールド材Ｇは、ワイヤレス電力伝送用コイルユニットＬｕ１のベースプレートとして、筐体の役割の一部を担ってもよい。このようなシールド材Ｇとしては、金属系材料であれば特に制限されず、アルミニウムや銅などが好ましい。なお、シールド材Ｇは、平面状ボビンＣの第２の主面Ｃ２ｓと接触して配置されていてもよく、隙間を設けて配置してもよい。

以上のように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニットＬｕ１は、第１の主面側巻線収納部Ｃ１１よりも外周側に第２の溝部Ｃ２ｍと第１の突部Ｃ１ｔの突出方向に沿って延びる第２の突部Ｃ２ｔとから構成される第１の主面側絶縁保護部Ｃ１２と、を有している。そのため、線材Ｄを流れる電流は、第２の突部Ｃ２ｔと第２の溝部Ｃ２ｍに沿って放電することとなり、コイルユニットの外部に配置された金属系材料との沿面距離を長くできる。つまり、線材Ｄと、コイルユニット周辺に配置されることとなるシールド材等の金属系材料（シールド材Ｇ）との絶縁距離を延ばすことができ、絶縁を十分に確保することができる。

また、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニットＬｕ１においては、絶縁カバー部材Ｅが第２の溝部Ｃ２ｍに対応する第３の突部Ｅ３ｔと、第２の突部Ｃ２ｔに対応する第３の溝部Ｅ３ｍとが設けられている。そのため、ワイヤレス電力伝送用コイルユニットＬｕ１の外周部に応力が加わったとしても、第２の溝部Ｃ２ｍの底面に第３の突部Ｅ３ｔの先端面が接触して支柱として機能するとともに、第２の突部Ｃ２ｔの先端面と第３の溝部Ｅ３ｍの底面が接触して支柱として機能することから、ワイヤレス電力伝送用コイルユニットＬｕ１の外周部における耐荷重性能を向上させることができる。つまり、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニットＬｕ１を移動体への充電設備における給電コイルユニットａ１３に適用した場合において、移動体が給電コイルユニットａ１３の外周部に乗り上げてしまうことに対する耐荷重性能を確保することができる。したがって、大型化することなく、線材Ｄと、コイルユニット周辺に配置されることとなるシールド材等の金属系材料（シールド材Ｇ）との絶縁を十分に確保できるとともに、コイルユニットの耐荷重性能を向上させたワイヤレス電力伝送用コイルユニットＬｕ１を提供することができる。

さらに、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニットＬｕ１では、第２の突部Ｃ２ｔ、第２の溝部Ｃ２ｍ、第３の突部Ｅ３ｔ、及び、第３の溝部Ｅ３ｍは、それぞれ複数設けられている。そのため、コイルユニットの耐荷重性能を損なうことなく、線材Ｄと、コイルユニット周辺に配置されることとなるシールド材等の金属系材料（シールド材Ｇ）との絶縁距離を更に延ばすことができ、絶縁を確実に確保することができる。

（第２実施形態）
続いて、図４を参照して、本発明の第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニットＬｕ２の構成について説明する。図３は、本発明の第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニットを模式的に示した断面図である。第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニットＬｕ２は、平面状ボビンＣ、線材Ｄに代えて、平面状ボビンＣ２、線材Ｄ２を備えている点、絶縁ベース部材Ｆをさらに備えている点において、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニットＬｕ１と相違する。以下、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。

ワイヤレス電力伝送用コイルユニットＬｕ２は、図３に示されるように、平面状ボビンＣ２と、線材Ｄ２と、絶縁カバー部材Ｅと、絶縁ベース部材Ｆと、シールド材Ｇと、を有する。ここで、絶縁カバー部材Ｅ、シールド材Ｇの構成は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニットＬｕ１と同様である。

平面状ボビンＣ２は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニットＬｕ１の平面状ボビンＣと同様、外形形状が略直方体状を呈しており、その外表面として、対向する略正方形状の第１及び第２の主面Ｃ１ｓ，Ｃ２ｓと、対向する第１及び第２の側面Ｃ３ｓ，Ｃ４ｓと、対向する第３及び第４の側面（図示しない）と、を有する。なお、第１及び第２の主面Ｃ１ｓ，Ｃ２ｓ、第１及び第２の側面Ｃ３ｓ，Ｃ４ｓ、第３及び第４の側面（図示しない）の配置関係は第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニットＬｕ２と同様である。

平面状ボビンＣ２の第１の主面Ｃ１ｓは、中央に設けられた有底孔と、第１の主面側巻線収納部Ｃ１１と、第１の主面側絶縁保護部Ｃ１２と、を有する。ここで、第１の主面側巻線収納部Ｃ１１と第１の主面側絶縁保護部Ｃ１２の構成は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニットＬｕ１と同様である。

平面状ボビンＣ２の第２の主面Ｃ２ｓは、中央に設けられた有底孔と、第２の主面側巻線収納部Ｃ２１と、第２の主面側絶縁保護部Ｃ２２と、を有する。第２の主面側巻線収納部Ｃ２１は、中央の有底孔から外周側に向けて渦状に形成された第４の溝部Ｃ４ｍと第４の突部Ｃ４ｔから構成されている。具体的には、第４の突部Ｃ４ｔは、平面状ボビンＣ２の第１の主面Ｃ１ｓと第２の主面Ｃ２ｓの対向方向に沿って伸びており、この第４の突部Ｃ４ｔが第１の主面Ｃ１ｓと第２の主面Ｃ２ｓの対向方向と直交する方向（第１の側面Ｃ３ｓと第２の側面Ｃ４ｓの対向方向ならびに第３の側面と第４の側面の対向方向）に所定の間隔を空けて複数配置されている。第４の溝部Ｃ４ｍは、複数の第４の突部Ｃ４ｔのうちの２つの第４の突部Ｃ４ｔの間に形成されている。そして、第４の溝部Ｃ４ｍ及び第４の突部Ｃ４ｔに沿って後述する線材Ｄ２が設けられる。すなわち、第４の溝部Ｃ４ｍの底面と、第４の突部Ｃ４ｔ及び第４の溝部Ｃ４ｍの側面（共通）とによって、後述する線材Ｄ２が収納される空間が画定される。

第２の主面側絶縁保護部Ｃ２２は、第２の主面側巻線収納部Ｃ２１よりも外周側に有する。第２の主面側絶縁保護部Ｃ２２は、第２の主面側巻線収納部Ｃ２１から外周側に向けて渦状に形成された第５の溝部Ｃ５ｍと第５の突部Ｃ５ｔから構成されている。具体的には、第５の突部Ｃ５ｔは、平面状ボビンＣ２の第１の主面Ｃ１ｓと第２の主面Ｃ２ｓの対向方向に沿って伸びている。つまり、第５の突部Ｃ５ｔは、第４の突部Ｃ４ｔの突出方向に沿って伸びている。第５の溝部Ｃ５ｍは、第５の突部Ｃ５ｔに隣接して形成されている。本実施形態では、第５の突部Ｃ５ｔと第５の溝部Ｃ５ｍは、それぞれ複数設けられている。したがって、第５の溝部Ｃ５ｍの底面と、第５の突部Ｃ５ｔ及び第５の溝部Ｃ５ｍの側面（共通）とによって、空間が画定される。

線材Ｄ２は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニットＬｕ１の線材Ｄと同様、平面状ボビンＣ２の第１の主面Ｃ１ｓ上に巻回されている。本実施形態では、線材Ｄ２は、平面状ボビンＣ２の第２の主面Ｃ２ｓ上にも巻回されている。具体的には、平面状ボビンＣ２の第２の主面Ｃ２ｓが有する第２の主面側巻線収納部Ｃ２１に設けられている。より具体的には、第４の溝部Ｃ４ｍの底面と、第４の突部Ｃ４ｔ及び第４の溝部Ｃ４ｍの側面（共通）とによって画定される空間に沿って巻回されている。なお、線材Ｄ２は、平面状ボビンＣ２の第１の主面Ｃ１ｓ上に巻回される端部と平面状ボビンＣ２の第２の主面Ｃ２ｓ上に巻回される端部とが接続されていてもよい。この場合、線材Ｄ２は、平面状ボビンＣ２の第１の主面Ｃ１ｓから第２の主面Ｃ２ｓにかけて連続的に層状に巻回されることとなるため、コイルユニットの大型化を抑制しつつ、コイルのインダクタンス値を向上させることができる。

絶縁ベース部材Ｆは、平面状ボビンＣ２の第２の主面Ｃ２ｓを覆うように配置されている。すなわち、本実施形態では、絶縁カバー部材Ｅと絶縁ベース部材Ｆが、ワイヤレス電力伝送用コイルユニットＬｕ２の筐体としての役割を果たすこととなる。また、絶縁ベース部材Ｆは、平面状ボビンＣ２の第２の主面Ｃ２ｓと対向する面側に第５の溝部Ｃ５ｍに対応する第６の突部Ｆ６ｔと、第５の突部Ｃ５ｔに対応する第６の溝部Ｆ６ｍが設けられている。具体的には、第６の突部Ｅ６ｔは、その先端面が第５の溝部Ｃ５ｍの底面に対向するように設けられ、第６の溝部Ｅ６ｍは、その底面が第５の突部Ｃ５ｔの先端面に対向するように設けられている。第６の突部Ｅ６ｔと第６の溝部Ｅ６ｍは、隣接して設けられている。本実施形態では、第６の突部Ｅ６ｔと第６の溝部Ｅ６ｍは、それぞれ複数設けられている。したがって、第６の溝部Ｅ６ｍの底面と、第６の突部Ｅ６ｔ及び第６の溝部Ｅ６ｍの側面（共通）によって、第５の突部Ｃ５ｔを収納する空間が画定される。なお、絶縁ベース部材Ｆは、第４の突部Ｃ４ｔの先端面に接触して配置してもよく、第４の突部Ｃ４ｔの先端面との間に隙間を設けて配置してもよい。また、絶縁ベース部材Ｆの第６の突部Ｅ６ｔの先端面は、第５の溝部Ｃ５ｍの底面に接触して配置してもよく、第５の溝部Ｃ５ｍの底面との間に隙間を設けて配置してもよい。またさらには、絶縁ベース部材Ｆの第６の溝部Ｅ６ｍの底面は、第５の突部Ｃ５ｔの先端面に接触して配置してもよく、第５の突部Ｃ５ｔの先端面との間に隙間を設けて配置してもよい。

以上のように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニットＬｕ２は、第２の主面Ｃ２ｓを覆うように設けられた絶縁ベース部材Ｆを、さらに備え、線材Ｄ２は、第２の主面Ｃ２ｓ上にも巻回されており、第２の主面Ｃ２ｓは、第４の溝部Ｃ４ｍと第４の突部Ｃ４ｔとから構成され、第４の溝部Ｃ４ｍ及び第４の突部Ｃ４ｔに沿って線材Ｄ２が設けられた第２の主面側巻線収納部Ｃ２１と、第２の主面側巻線収納部Ｃ２１よりも外周側に第５の溝部Ｃ５ｍと第４の突部Ｃ４ｔの突出方向に沿って延びる第５の突部Ｃ５ｔとから構成される第２の主面側絶縁保護部Ｃ２２と、を有し、絶縁ベース部材Ｆは、第５の溝部Ｃ５ｍに対応する第６の突部Ｅ６ｔと、第５の突部Ｃ５ｔに対応する第６の溝部Ｅ６ｍが設けられている。そのため、線材Ｄ２が層状に連続して巻回されている多層コイルとなることから、線材Ｄ２と、コイルユニット周辺に配置されることとなるシールド材等の金属系材料（シールド材Ｇ）との絶縁を十分に確保するとともに、コイルユニットの耐荷重性能を向上させつつ、コイルユニットのインダクタンス値を向上させることができる。

また、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニットＬｕ２においては、第５の突部Ｃ５ｔ、第５の溝部Ｃ５ｍ、第６の突部Ｅ６ｔ、及び、第６の溝部Ｅ６ｍは、それぞれ複数設けられている。そのため、コイルユニットの耐荷重性能を損なうことなく、第２主面Ｃ２ｓ上に巻回された線材Ｄ２と、コイルユニット周辺に配置されることとなるシールド材等の金属系材料（シールド材Ｇ）との絶縁距離を更に延ばすことができ、絶縁を確実に確保することができる。

続いて、図５を参照して、本発明の第３実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニットＬｕ３の構成について説明する。図５は、本発明の第３実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニットを模式的に示した断面図である。第３実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニットＬｕ３は、緩衝材Ｈをさらに備えている点において、第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニットＬｕ２と相違する。以下、第２実施形態と異なる点を中心に説明する。

ワイヤレス電力伝送用コイルユニットＬｕ３は、図５に示されるように、平面状ボビンＣ２と、線材Ｄ２と、絶縁カバー部材Ｅと、絶縁ベース部材Ｆと、シールド材Ｇ、緩衝材Ｈと、を有する。ここで、平面状ボビンＣ２、線材Ｄ２、絶縁カバー部材Ｅ、絶縁ベース部材Ｆ、シールド材Ｇの構成は、第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニットＬｕ２と同様である。

緩衝材Ｈは、平面状ボビンＣ２と絶縁カバー部材Ｅとの間と、平面状ボビンＣ２と絶縁ベース部材Ｆとの間に設けられている。具体的には、図４に示されるように、第２の突部Ｃ２ｔの先端面と第３の溝部Ｅ３ｍの底面との間、第２の溝部Ｃ２ｍの底面と第３の突部Ｅ３ｔの先端面との間、第５の突部の先端面Ｃ５ｔと第６の溝部Ｅ６ｍの底面との間、及び、第５の溝部Ｃ５ｍの底面と第６の突部Ｅ６ｔの先端面との間に設けられている。緩衝材Ｈの材質としては、スチロールやウレタン等から構成される衝撃吸収材が挙げられる。

以上のように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送用コイルユニットＬｕ３は、第２の突部Ｃ２ｔの先端面と第３の溝部Ｅ３ｍの底面との間、第２の溝部Ｃ２ｍの底面と第３の突部Ｅ３ｔの先端面との間、第５の突部Ｃ５ｔの先端面と第６の溝部Ｅ６ｍの底面との間、及び、第５の溝部Ｃ５ｍの底面と第６の突部Ｅ６ｔの先端面との間に設けられる緩衝材Ｈを備えている。そのため、ワイヤレス電力伝送用コイルユニットＬｕ３の外周部に応力が加わり、第２の突部Ｃ２ｔの先端面と第３の溝部Ｅ３ｍの底面が接触して支柱として機能し、第２の溝部Ｃ２ｍの底面に第３の突部Ｅ３ｔの先端面が接触して支柱として機能し、第５の突部Ｃ５ｔの先端面と第６の溝部Ｅ６ｍの底面が接触して支柱として機能し、第５の溝部Ｃ５ｍの底面と第６の突部Ｅ６ｔの先端面が接触して支柱として機能する際の耐衝撃性能を向上させることができる。したがって、コイルユニットの耐衝撃性能を向上させたワイヤレス電力伝送用コイルユニットＬｕ３を提供することができる。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、いろいろな変形および変更が本発明の特許請求範囲内で可能なこと、またそうした変形例および変更も本発明の特許請求の範囲にあることは当業者に理解されるところである。従って、本明細書での記述および図面は限定的ではなく例証的に扱われるべきものである。

Ａ…ワイヤレス電力伝送装置、Ｂ…負荷、ａ１…ワイヤレス給電装置、ａ１１…電源、ａ１２…インバータ、ａ１３…給電コイルユニット、ａ２…ワイヤレス受電装置、ａ２１…受電コイルユニット、ａ２２…整流部、Ｃ，Ｃ２…平面状ボビン、Ｃ１ｓ…第１の主面、Ｃ１１…第１の主面側巻線収納部、Ｃ１２…第１の主面側絶縁保護部、Ｃ１ｍ…第１の溝部、Ｃ１ｔ…第１の突部、Ｃ２ｍ…第２の溝部、Ｃ２ｔ…第２の突部、Ｃ２ｓ…第２の主面、Ｃ３ｓ…第１の側面、Ｃ４ｓ…第２の側面、Ｃ４ｍ…第４の溝部、Ｃ４ｔ…第４の突部、Ｃ２１…第２の主面側巻線収納部、Ｃ５ｍ…第５の溝部、Ｃ５ｔ…第５の突部、Ｃ２２…第２の主面側絶縁保護部、Ｄ，Ｄ２…線材、Ｅ…絶縁カバー部材、Ｅ３ｔ…第３の突部、Ｅ３ｍ…第３の溝部、Ｆ…絶縁ベース部材、Ｆ６ｔ…第６の突部、Ｆ６ｍ…第６の溝部、Ｇ…シールド材、Ｈ…緩衝材、Ｌｕ１〜Ｌｕ３…ワイヤレス電力伝送用コイルユニット。

Claims (5)

1. 対向する第１及び第２の主面を有する平面状ボビンと、
   前記第１の主面上に巻回された線材と、
   前記第１の主面を覆うように設けられた絶縁カバー部材と、を備え、
   前記第１の主面は、第１の溝部と第１の突部とから構成され、前記第１の溝部及び前記第１の突部に沿って前記線材が設けられた第１の主面側巻線収納部と、
   前記第１の主面側巻線収納部よりも外周側に第２の溝部と前記第１の突部の突出方向に沿って延びる第２の突部とから構成される第１の主面側絶縁保護部と、を有し、
   前記絶縁カバー部材は、前記第２の溝部に対応する第３の突部と、前記第２の突部に対応する第３の溝部とが設けられていることを特徴とするワイヤレス電力伝送用コイルユニット。
2. 前記第２の突部、前記第２の溝部、前記第３の突部、及び、前記第３の溝部は、それぞれ複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス電力伝送用コイルユニット。
3. 前記第２の主面を覆うように設けられた絶縁ベース部材を、さらに備え、
   前記線材は、前記第２の主面上にも巻回されており、
   前記第２の主面は、第４の溝部と第４の突部とから構成され、前記第４の溝部及び前記第４の突部に沿って前記線材が設けられた第２の主面側巻線収納部と、
   前記第２の主面側巻線収納部よりも外周側に第５の溝部と前記第４の突部の突出方向に沿って延びる第５の突部とから構成される第２の主面側絶縁保護部と、を有し、
   前記絶縁ベース部材は、前記第５の溝部に対応する第６の突部と、前記第５の突部に対応する第６の溝部とが設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のワイヤレス電力伝送用コイルユニット。
4. 前記第５の突部、前記第５の溝部、前記第６の突部、及び、前記第６の溝部は、それぞれ複数設けられていることを特徴とする請求項３に記載のワイヤレス電力伝送用コイルユニット。
5. 前記第２の突部の先端面と前記第３の溝部の底面との間、前記第２の溝部の底面と前記第３の突部の先端面との間、前記第５の突部の先端面と前記第６の溝部の底面との間、及び、前記第５の溝部の底面と前記第６の突部の先端面との間に設けられる緩衝材を、さらに備えることを特徴とする請求項３又は４に記載のワイヤレス電力伝送用コイルユニット。

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