JP6500509B2 - コイルユニット - Google Patents

Description

本発明は、非接触電力伝送等に用いられるコイルユニットに関する。

非接触電力伝送における送電側コイル及び受電側コイルとしては、銅線やアルミ線、リッツ線等の導線を平面的かつ渦巻き状（スパイラル状）に周回させた平面コイルが用いられる。下記特許文献１は、電磁誘導方式で電力を非接触伝送する装置であり、３つのコイル（１つのメインコイルと２つのサブコイル）を磁性体コアに収容した構成を開示する。

特開２０１３−０２６６２３号公報

非接触電力伝送において、送電側コイルと受電側コイルとの対向距離は、送電性能に与える影響が大きいため、高精度であることが求められている。従来のコイルユニットは、ケースの底面基準で平面コイルを積層する構成のため、平面コイルの端面（相手側コイルとの対向面）の位置が製品ごとにバラつき、送電側コイルと受電側コイルとの対向距離を高精度にすることが難しかった。

本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、平面コイルの端面の位置を高精度に定めることの可能なコイルユニットを提供することにある。

本発明のある態様は、コイルユニットである。このコイルユニットは、
平板状部を有する第１の外装部材と、
前記第１の外装部材と組み合わされて収容空間を形成する第２の外装部材と、
前記収容空間内に積層された平面コイル、第１及び第２の弾性体、並びに磁気シールド体とを備え、
前記磁気シールド体は、前記平面コイルの前記平板状部とは反対側に積層され、
前記第１の弾性体は、前記平面コイルと前記磁気シールド体との間に積層され、
前記第２の弾性体は、前記磁気シールド体の前記第１の弾性体とは反対側に積層され、
前記平面コイルは、前記第１及び第２の弾性体の弾性力によって前記第１の外装部材の前記平板状部に向けて押圧されている。

前記第１及び第２の外装部材が樹脂成形体であってもよい。

複数の平面コイルを備え、各々の平面コイルが前記第１及び第２の弾性体の弾性力によって前記第１の外装部材の前記平板状部に向けて押圧されていてもよい。

前記複数の平面コイルが互いに重なり合っていてもよい。

前記平面コイルを成す導線を前記収容空間の外部に引き出した引出し線を備えてもよい。

前記引出し線の端部にコネクタが設けられていてもよい。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、平面コイルの端面の位置を高精度に定めることの可能なコイルユニットを提供することができる。

本発明の実施の形態１に係るコイルユニット１の断面図。 図１の一部拡大図。 コイルユニット１の分解斜視図。 コイルユニット１と本体側の基板５０との接続説明図。 本発明の実施の形態２に係るコイルユニット２の断面図。 図５の一部拡大図。 コイルユニット２の分解斜視図。 コイルユニット２と本体側の基板６０との接続説明図。 本発明の実施の形態３に係るコイルユニット３の断面図。 図９の一部拡大図。 コイルユニット３の分解斜視図。 コイルユニット３と本体側の基板５０との接続説明図。 本発明の実施の形態４に係るコイルユニット４の断面図。 図１３の一部拡大図。 コイルユニット４の分解斜視図。 コイルユニット４と本体側の基板６０との接続説明図。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

実施の形態１
図１は、本発明の実施の形態１に係るコイルユニット１の断面図である。図２は、図１の一部拡大図である。図３は、コイルユニット１の分解斜視図である。図４は、コイルユニット１の斜視図である。コイルユニット１は、例えば非接触電力伝送の送電側に用いられる送電コイルユニットである。

コイルユニット１は、第１の外装部材としてのトップカバー５と、第２の外装部材としてのベース６と、平面コイル（空芯コイル）７と、第１の弾性体８と、磁気シールド体９と、第２の弾性体１０とを備える。トップカバー５及びベース６は、好ましくは樹脂成形体である。平面コイル７は、リッツ線等の導線を平面的かつ渦巻き状（スパイラル状）に周回させたものである。第１の弾性体８及び第２の弾性体１０は、例えばスポンジ、ゴム、粘土、軟質樹脂、又は発泡樹脂であり、シート状ないし板状に形成されている。磁気シールド体９は、例えばシート状ないし板状に形成されたフェライトであり、平面コイル７に流れる電流によって発生する磁界が下方に影響するのを防止する。

トップカバー５は、天井部を成す薄板状の平板状部５ａを有する。トップカバー５及びベース６は、相互に組み合わされて内部に平面コイル７、第１の弾性体８、磁気シールド体９、及び第２の弾性体１０の収容空間を形成する。収容空間は好ましくは密閉されている。トップカバー５及びベース６は、例えばネジ止め、溶着、又は接着により相互に一体化される。トップカバー５及びベース６によって形成された収容空間に、平面コイル７、第１の弾性体８、磁気シールド体９、及び第２の弾性体１０が積層される。積層状態において、ベース６の上面に第２の弾性体１０が位置し、第２の弾性体１０の上面に磁気シールド体９が位置し、磁気シールド体９の上面に第１の弾性体８が位置し、第１の弾性体８の上面に平面コイル７が位置する。平面コイル７は、第１の弾性体８及び第２の弾性体１０の弾性力によって、トップカバー５の平板状部５ａの内面（基準平坦面）に向けて押圧される。これにより平面コイル７の上端面は、平板状部５ａの内面と接触してほぼ同一面となる。

図３に示すように、平面コイル７を成す導線を前記収容空間の外部に引き出した引出し線７ａの端部には、コネクタ７ｂが設けられる。図４に示すように、コネクタ７ｂは、非接触電力伝送装置本体の基板５０上のコネクタ５１と接続される。

本実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。

(1) 第１の弾性体８及び第２の弾性体１０の弾性力によって平面コイル７をトップカバー５の平板状部５ａの内面に押し付ける構成のため、平面コイル７の上端面（相手側コイルとの対向面）の位置を高精度に（平板状部５ａの内面と同等の精度で）定めることができる。このため、コイルユニット１を非接触電力伝送の送電側に用いることで、平面コイル７と相手側コイル（受電側コイル）との対向距離を高精度に定めることができる。

(2) 平面コイル７は、トップカバー５の平板状部５ａの内面に押し付けられるため、トップカバー５との間の摩擦力により横方向に位置ずれしにくくなり、横方向の位置が安定する。

(3) 平面コイル７と磁気シールド体９との間に介在する第１の弾性体８が滑り止めとして機能するため、平面コイル７が磁気シールド体９に対して横方向に位置ずれすることを防止できる。

(4) ベース６と磁気シールド体９との間に介在する第２の弾性体１０が緩衝材として機能するため、ベース６に曲げ応力が加わった際に磁気シールド体９が破損することを防止できる。

(5) トップカバー５及びベース６によって閉じられた収容空間に磁気シールド体９があるため、磁気シールド体９を成す材料（フェライト等）の粉が収容空間外に飛散することを防止できる。

実施の形態２
図５は、本発明の実施の形態２に係るコイルユニット２の断面図である。図６は、図５の一部拡大図である。図７は、コイルユニット２の分解斜視図である。図８は、コイルユニット２と本体側の基板６０との接続説明図である。

本実施の形態のコイルユニット２は、平面コイルを複数（図示の例では３つ）備える。すなわち、コイルユニット２は、中心位置が相互に異なるように積層された第１の平面コイル１１、第２の平面コイル１２、及び第３の平面コイル１３を備える。具体的には、第１の弾性体８の上面に第２の平面コイル１２及び第３の平面コイル１３が並べて配置され、第２の平面コイル１２及び第３の平面コイル１３の上面に跨って第１の平面コイル１１が配置される。トップカバー５は、平板状部５ａの周囲に、平板状部５ａより厚い平板状部５ｂを有する。平板状部５ａ,５ｂは、上面の高さが同一であり、下面の高さが相互に異なる（平板状部５ｂのほうが低い）。第１の平面コイル１１は、第１の弾性体８及び第２の弾性体１０の弾性力によって、トップカバー５の平板状部５ａの内面に向けて押圧される。第２の平面コイル１２及び第３の平面コイル１３は、第１の弾性体８及び第２の弾性体１０の弾性力によって、トップカバー５の平板状部５ａ,５ｂの内面に向けて押圧される。本実施の形態のその他の点は、実施の形態１と同様である。本実施の形態も、実施の形態１と同様の効果を奏することができる。

実施の形態３
図９は、本発明の実施の形態３に係るコイルユニット３の断面図である。図１０は、図９の一部拡大図である。図１１は、コイルユニット３の分解斜視図である。図１２は、コイルユニット３と本体側の基板５０との接続説明図である。

本実施の形態のコイルユニット３は、図１等に示した実施の形態１のものと比較して、磁気シールド体９及び第２の弾性体１０が無くなり、第２の外装部材としてのベース６が軟磁性材料含有樹脂成形体に替わっている。軟磁性材料含有樹脂成形体は、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド、PolyPhenyleneSulfide）樹脂（耐熱温度170-200℃）または耐熱ナイロン（耐熱温度80-140℃）にフェライト等の軟磁性体（軟磁性粉）を含有（混練）させたものである。ベース６は、好ましくは一方（図９の上方）が開放した箱形状である。

ベース６の底面４辺からそれぞれ立ち上がる側壁部６ａ上に、平板状のトップカバー５が設けられる（固定される）。トップカバー５及びベース６によって形成される収容空間に、平面コイル７及び第１の弾性体８が収容される。具体的には、ベース６の側壁部６ａで囲まれた上面に第１の弾性体８が設けられ、第１の弾性体８の上面に平面コイル７が設けられる。すなわち、第１の弾性体８は、平面コイル７とベース６との間に設けられる。平面コイル７は、第１の弾性体８の弾性力によって、トップカバー５の平板状部５ａの内面（基準平坦面）に向けて押圧される。

本実施の形態によれば、第２の外装部材としてのベース６を軟磁性材料含有樹脂成形体としているため、磁気シールド体９が不要となり、部品点数の削減及び低コスト化に有利である。また、軟磁性材料含有樹脂成形体であるベース６の側壁部６ａが収容空間の四方を囲むため、コイルユニット３は側面にも磁気シールド効果を有することになり、側方への磁束漏れを好適に防ぐことができる。本実施の形態のその他の点は、実施の形態１と同様であり、同様の効果を奏することができる。

実施の形態４
図１３は、本発明の実施の形態４に係るコイルユニット４の断面図である。図１４は、図１３の一部拡大図である。図１５は、コイルユニット４の分解斜視図である。図１６は、コイルユニット４と本体側の基板６０との接続説明図である。

本実施の形態のコイルユニット４は、実施の形態３のものと比較して、平面コイルが複数（図示の例では３つ）となっている。具体的には、コイルユニット４は、実施の形態２と同様に、第１の平面コイル１１、第２の平面コイル１２、及び第３の平面コイル１３を備える。また、トップカバー５は、実施の形態２と同様に、平板状部５ａの周囲に、平板状部５ａより厚い平板状部５ｂを有する。第１の平面コイル１１は、実施の形態２と同様に、第１の弾性体８の弾性力によって、トップカバー５の平板状部５ａの内面に向けて押圧される。第２の平面コイル１２及び第３の平面コイル１３は、実施の形態２と同様に、第１の弾性体８の弾性力によって、トップカバー５の平板状部５ａ,５ｂの内面に向けて押圧される。本実施の形態のその他の点は、実施の形態３と同様である。本実施の形態も、実施の形態３と同様の効果を奏することができる。

以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について触れる。

コイルユニット１〜４は、非接触電力伝送の受電側に用いられる受電コイルユニットであってもよい。平面コイル７を成す導線は、銅線やアルミ線等の他の線材であってもよい。実施の形態１及び２において、弾性体は、２層に限らず、少なくとも１層あればよい。

１〜４ コイルユニット、５ トップカバー、５ａ,５ｂ 平板状部、６ ベース、６ａ 側壁部、７ 平面コイル（空芯コイル）、７ａ 引出し線、７ｂ コネクタ、８ 第１の弾性体、９ 磁気シールド体、１０ 第２の弾性体、１１ 第１の平面コイル、１１ａ 引出し線、１２ 第２の平面コイル、１２ａ 引出し線、１３ 第３の平面コイル、１３ａ 引出し線、５０ 基板、５１ コネクタ、６０ 基板、６１〜６３ コネクタ

Claims (6)

1. 平板状部を有する第１の外装部材と、
   前記第１の外装部材と組み合わされて収容空間を形成する第２の外装部材と、
   前記収容空間内に積層された平面コイル、第１及び第２の弾性体、並びに磁気シールド体とを備え、
   前記磁気シールド体は、前記平面コイルの前記平板状部とは反対側に積層され、
   前記第１の弾性体は、前記平面コイルと前記磁気シールド体との間に積層され、
   前記第２の弾性体は、前記磁気シールド体の前記第１の弾性体とは反対側に積層され、
   前記平面コイルは、前記第１及び第２の弾性体の弾性力によって前記第１の外装部材の前記平板状部に向けて押圧されている、コイルユニット。
2. 前記第１及び第２の外装部材が樹脂成形体である請求項１に記載のコイルユニット。
3. 複数の平面コイルを備え、各々の平面コイルが前記第１及び第２の弾性体の弾性力によって前記第１の外装部材の前記平板状部に向けて押圧されている、請求項１又は２に記載のコイルユニット。
4. 前記複数の平面コイルが互いに重なり合っている請求項３に記載のコイルユニット。
5. 前記平面コイルを成す導線を前記収容空間の外部に引き出した引出し線を備える請求項１から４のいずれか一項に記載のコイルユニット。
6. 前記引出し線の端部にコネクタが設けられている請求項５に記載のコイルユニット。