JP2020010488A - コイルユニット - Google Patents

Abstract

【課題】イルユニット内の内圧が上昇しても、コイルのインダクタンスが変動することが抑制されたコイルユニットを提供する。【解決手段】コイルユニットは、収容ケース２０と、収容ケース２０内に収容されたコイル１５と、を備え、収容ケース２０は、金属製の本体２２と、本体２２に設けられ、本体２２の剛性を補強する補強部材と、本体２２に取り付けられることで、コイル１５を収容する収容空間を形成する樹脂蓋２１とを含み、コイル１５は、本体２２に固定されており、樹脂蓋２１は、収容空間内の内圧によって弾性変形するように形成されている。【選択図】図４

Description

本開示は、コイルユニットに関する。

従来から送電側コイルユニットから受電側コイルユニットに非接触で電力を送電する非接触充電システムについて各種提案されている（特許文献１〜５参照）。

たとえば、特開２０１４−０９１３５８号公報に記載された受電側コイルユニットは、車両外部であって、車両の底面に配置されている。

受電側コイルユニットは、筐体と、受電コイルと、絶縁基板とを備えている。筐体は、筐体の上面側に配置された金属製の保護筐体と、筐体の下面側に配置された樹脂蓋とを含む。保護筐体の周面には、通気性防水フィルタが設けられている。そして、ボルトおよびナットによって、保護筐体および樹脂蓋が締結されている。

絶縁基板は筐体内に配置されており、受電コイルは絶縁基板の下面側に配置されている。

特開２０１３−１５４８１５号公報 特開２０１３−１４６１５４号公報 特開２０１３−１４６１４８号公報 特開２０１３−１１０８２２号公報 特開２０１３−１２６３２７号公報 特開２０１４−０９１３５８号公報

上記のコイルユニットは、車両外部に設けられているため、通気性防水フィルタに外部の異物が付着しやすく、通気性防水フィルタが目詰まりしやすい。

通気性防水フィルタが目詰まりすると、コイルユニット内の空気が通気性フィルタを通して外部に空気が排出され難くなる。そのため、コイルユニット内の温度が上昇などした際に、コイルユニット内の空気が外部に排気され難く、コイルユニット内の内圧が上昇する。

コイルユニット内の内圧が上昇すると、筐体が変形する。絶縁基板は、筐体に固定されており、筐体が変形することで、絶縁基板も変形する。受電コイルは、絶縁基板に取り付けられているため、絶縁基板が変形すると、受電コイルも変形する。

受電コイルの形状が変形すると、受電コイルのインダクタンスが変動して、受電効率に大きな影響を与える。

本開示は、上記のような課題に鑑みてされたものであって、その目的は、コイルユニット内の内圧が上昇しても、コイルのインダクタンスが変動することが抑制されたコイルユニットを提供することである。

本開示に係るコイルユニットは、収容ケースと、収容ケース内に収容されたコイルとを備える。上記収容ケースは、金属製の本体と、本体に設けられ、本体の剛性を補強する補強部材と、本体に取り付けられることで、コイルを収容する収容空間を形成する樹脂蓋とを含む。コイルは、本体に固定されており、樹脂蓋は、収容空間内の内圧によって弾性変形するように形成されている。

上記のコイルユニットによれば、コイルユニット内の内圧が上昇した際に、樹脂蓋が変形することで、コイルユニット内の内圧が高くなることを抑制することができる。この際、収容ケースの本体の剛性は補強部材によって高められており、本体が変形することが抑制されている。コイルは本体に固定されているため、コイルが変形することが抑制されている。コイルが変形すると、コイルのインダクタンスが変動して、電力の受電効率などが変動する。その一方で、上記のコイルユニットにおいては、コイルの変形が抑制されているため、インダクタンスの変動および効率低下を抑制することができる。

本開示に係るコイルユニットによれば、コイルユニット内の内圧が上昇しても、コイルのインダクタンスが変動することを抑制することができる。

非接触充電システム１を模式的に示す模式図である。 車両２の下面側において、コイルユニット４およびその周囲の構成を示す斜視図である。 コイルユニット３，４の回路構成を模式的に示す回路図である。 コイルユニット４などを示す分解斜視図である。 コイルユニット４の一部を示す断面図である。 底板３０が膨らむように変形した状態におけるコイルユニット４を示す断面図である。

図１から図６を用いて、本実施の形態に係るコイルユニットについて説明する。図１から図６に示す構成のうち、同一または実質的に同一の構成については、同一の符号を付して重複した説明を省略する。なお、実施の形態に示す構成において、請求項に記載された構成に対応する構成には、括弧書きで請求項の構成を併記する場合がある。

図１は、非接触充電システム１を模式的に示す模式図である。非接触充電システム１は、車両２と、送電側のコイルユニット３とを備える。

車両２は、コイルユニット４と、バッテリ５とを含む。コイルユニット３およびバッテリ５は、車両２の下面に設けられている。

図２は、車両２の下面側において、コイルユニット４およびその周囲の構成を示す斜視図である。車両２は、車両２の底面に設けられたシールド板６，７と、緩衝部材８とを含む。

シールド板６はコイルユニット４の右側に設けられており、シールド板７はコイルユニット４の左側に設けられている。緩衝部材８は、コイルユニット４の前側に設けられている。

シールド板６，７は、たとえば、アルミニウムなどによって形成されており、受電時にコイルユニット４の周囲に形成される電磁界が車両２の底面に入射することを抑制する。

緩衝部材８は、コイルユニット４の前方側から異物がコイルユニット４に衝突することを抑制する部材である。

図３は、コイルユニット３，４の回路構成を模式的に示す回路図である。コイルユニット３は、送電コイル１０と、共振キャパシタ１１ａ，１１ｂと、フィルタ１２と、インバータ１３とを含む。共振キャパシタ１１ａは、送電コイル１０の一端に電気的に直列に接続されており、共振キャパシタ１１ｂは送電コイル１０の他端に電気的に直列に接続されている。送電コイル１０と、共振キャパシタ１１ａ，１１ｂとによってＬＣ共振回路が形成されており、このＬＣ共振回路のＱ値は、１００以上である。

フィルタ１２は、共振キャパシタ１１ａ，１１ｂに電気的に接続されており、インバータ１３はフィルタ１２に電気的に接続されている。なお、インバータ１３は、電源９に接続されている。

コイルユニット４は、受電コイル１５と、共振キャパシタ１６ａ，１６ｂと、フィルタ１７と、整流器１８とを含む。

共振キャパシタ１６ａは、受電コイル１５の一端に電気的に接続されており、共振キャパシタ１６ｂは受電コイル１５の他端に電気的に接続されている。

フィルタ１７は、共振キャパシタ１６ａ，１６ｂに接続されており、整流器１８はフィルタ１７に接続されている。なお、バッテリ５は、整流器１８に接続されている。

図４は、コイルユニット４などを示す分解斜視図である。コイルユニット４は、収容ケース２０と、保護シート２３と、受電コイル１５と、ボビン２４と、フェライト２５と、金属板２６と、シール部材２７と、共振キャパシタ１６ａ、１６ｂと、フィルタ１７と、整流器１８とを含む。

収容ケース２０は、樹脂蓋２１と本体２２とを含む。本体２２は、金属によって形成されている。樹脂蓋２１が本体２２に取り付けられることで、収容ケース２０内に受電コイル１５などを収容する収容空間が形成される。なお、本体２２の詳細構成については後述する。

樹脂蓋２１は、底板３０と、周壁３１と、枠壁３２と、固定部材３３とを含む。底板３０は板状に形成されている。周壁３１は、底板３０の外周縁部に形成されており、底板３０の外周縁部から上方に延びるように形成されると共に、環状に形成されている。

枠壁３２は、底板３０の上面に設けられている。枠壁３２によって、収容ケース２０内の収容空間は、コイル収容空間３４および機器収容空間３５に区画されている。

固定部材３３は、周壁３１の上面に間隔をあけて設けられており、固定部材３３は、たとえば、ボルトなどである。固定部材３３によって、樹脂蓋２１および本体２２が互いに連結されている。

なお、保護シート２３と、受電コイル１５と、ボビン２４と、フェライト２５とはコイル収容空間３４内に収容されている。フィルタ１７および整流器１８は、機器収容空間３５内に収容されている。

保護シート２３は、複数設けられており、底板３０の上面に配置されている。保護シート２３は、絶縁材料によって形成されている。

受電コイル１５は、複数の保護シート２３の上面に配置されている。なお、受電コイル１５は、上下方向に延びる巻回軸線Ｏ１の周囲を取り囲むように形成されている。受電コイル１５は、平板コイルである。

ボビン２４は、主板３６および支持壁３７を含み、ボビン２４は絶縁材料によって形成されている。主板３６は、板状に形成されており、支持壁３７は主板３６の上面に形成されている。主板３６の下面には、コイル溝３８が形成されており、このコイル溝３８に受電コイル１５がはめ込まれている。

フェライト２５は、複数の分割フェライト板３９を含む。各分割フェライト板３９も巻回軸線Ｏ１の周囲を取り囲むように形成されている。

フェライト２５は、ボビン２４の上面に配置されており、各分割フェライト板３９の周面は、支持壁３７によって支持されている。

金属板２６は、フェライト２５の上面に設けられている。金属板２６は、板状のシールド部４０および板状のシールド部４１を含む。シールド部４０は、コイル収容空間３４内に配置されており、シールド部４１は機器収容空間３５内に配置されている。なお、金属板２６は、アルミニウムなどによって形成されている。

共振キャパシタ１６ａ，１６ｂは、シールド部４０の上面側に配置されており、フィルタ１７および整流器１８は、シールド部４１の上面側に配置されている。

シール部材２７は、環状に形成されており、樹脂蓋２１の周壁３１の上面と、本体２２との間に配置されている。シール部材２７は、たとえば、Ｏリングなどであり、樹脂などによって形成されている。シール部材２７は、環状に形成されている。

図５は、コイルユニット４の一部を示す断面図である。本体２２は、アルミニウムなどの金属材料によって形成されている。

本体２２は、天板４６と、周壁４７とを含む。天板４６は、略板状に形成されており、略長方形形状に形成されている。周壁４７は、天板４６の外周縁部から下方に向かうように形成されており、周壁４７は環状に形成されている。本体２２の天板４６の下面には、台座７５および台座７６が形成されている。

ボビン２４はボルト７７によって台座７５に固定されており、金属板２６はボルト７８によって台座７６に固定されている。

そして、受電コイル１５は、ボビン２４のコイル溝３８に装着されており、受電コイル１５は、ボビン２４を通して、本体２２に固定されている。

樹脂蓋２１の周壁３１の水平方向の厚さＴ２は、底板３０の上下方向の厚さＴ１よりも厚い。さらに、周壁３１は枠状に形成されている一方で、底板３０は平板状に形成されている。このため、周壁３１の剛性は、底板３０の剛性よりも高く、コイルユニット４内の内圧が上昇した際に、底板３０が下方に膨らむように弾性変形する一方で、周壁３１は殆ど変形しない。

シール部材２７は、本体２２の周壁４７の下面と、樹脂蓋２１の周壁３１の上面との間に挟み込まれている。

図４に戻って、本体２２は、冷却フィン４８と、補強部材５０と、通気性防水フィルタ６０とを含む。冷却フィン４８は、天板４６の上面に間隔をあけて複数形成されている。補強部材５０も天板４６の上面に形成されている。

補強部材５０は、中央部材５１と、梁５２，５３，５４，５５と、フランジ５６，５７，５８，５９とを含む。中央部材５１は、天板４６の中央に形成されており、各梁５２，５３，５４，５５は、中央部材５１を中心として放射状に形成されている。

各梁５２，５３，５４，５５は、中央部材５１から天板４６の角部に向けて延びるように形成されており、各梁５２，５３，５４，５５は天板４６の外周縁部から外方に突出するように形成されている。

補強部材５０は、本体２２の剛性を補強しており、本体２２の剛性は補強部材５０がない場合よりも高くなっている。これにより、本体２２に外力が加えられたとしても、本体２２が変形することが抑制されている。さらに、天板４６の上面に設けられた複数の冷却フィン４８によっても、本体２２の剛性は高められている。

各フランジ５６，５７，５８，５９は、各梁５２，５３，５４，５５の先端部に形成されている。

シールド板６は、フランジ５６およびフランジ５８の上面に配置されており、フランジ５６およびフランジ５８は、ボルト６５Ａ，６５Ｃおよびナット６８，７２によってシールド板６に固定されている。

シールド板７は、フランジ５７およびフランジ５９の上面に配置されており、フランジ５７およびフランジ５９は、ボルト６５Ｂ，６５Ｄおよびナット７０，７３によって、シールド板７に固定されている。

緩衝部材８は、本体２２の前方側に配置されている。連結部材６６，６７は、平板状に形成されており、連結部材６６，６７は、シールド板６，７の上面から緩衝部材８の上面に亘って配置されている。

連結部材６６はボルト６９によって緩衝部材８に固定されており、ボルト６５Ａおよびナット６８によってシールド板６に固定されている。連結部材６７は、ボルト７１によって緩衝部材８に固定されており、ボルト６５Ｂおよびナット７０によってシールド板７に固定されている。

連結部材６６，６７などによって、本体２２と、シールド板６，７と、緩衝部材８とは一体的に連結されている。

図４において、天板４６の上面には、段差６２が形成されており、段差６２の縦壁６３には、貫通孔６１が形成されている。貫通孔６１は、本体２２（収容ケース２０）の内部と外部とを連通しており、通気性防水フィルタ６０は、この貫通孔６１内に配置されている。

通気性防水フィルタ６０は、水や埃などの異物を透過せず、空気や水蒸気などの気体を通過する。通気性防水フィルタ６０としては、ゴアテックス（登録商標）などを採用することができる。

上記のように構成された受電側のコイルユニット４が電力を受電する際には、受電コイル１５、共振キャパシタ１６ａ，１６ｂ、フィルタ１７および整流器１８に電流が流れる。このように、各部材や機器に電流が流れることで、各部材および機器において熱が発生し、コイルユニット４内の温度が上昇する場合がある。

コイルユニット４内の温度が上昇すると、コイルユニット４内の内圧が上昇する。コイルユニット４内の内圧が上昇し始めると、通気性防水フィルタ６０を通して、コイルユニット４内の空気が外部に排気され、コイルユニット４内の内圧が上昇することが抑制される。

通気性防水フィルタ６０は、コイルユニット４の外部に面しているため、通気性防水フィルタ６０に埃などの異物が付着するおそれがある。通気性防水フィルタ６０が異物によって目詰まりすると、コイルユニット４内の空気が外部に排気されず、コイルユニット４内の温度が上昇した際にコイルユニット４の内圧が上昇する。コイルユニット４の内圧が上昇すると、図６に示すように、底板３０が膨らむように弾性変形する。

底板３０が膨らむように弾性変形することで、コイルユニット４内の内圧の上昇を抑制することができる。なお、コイルユニット４の内圧が常圧に戻ると、底板３０は図５に示すように平坦面状に戻る。

仮に、底板３０が変形し難い構成である場合には、コイルユニット４内の内圧が上昇し、コイルユニット４内の内圧と、コイルユニット４の外部の外圧との圧力差がシール部材２７に加えられる。そして、圧力差が大きくなると、シール部材２７の一部が破断するなどの弊害が生じる。

本実施の形態に係るコイルユニット４は、樹脂蓋２１の底板３０が膨らむように変形することで、コイルユニット４の内圧および外圧の差圧が大きくなることを抑制することができ、シール部材２７が破損することを抑制することができる。

さらに、コイルユニット４においては、補強部材５０によって本体２２の剛性が高くなっているため、コイルユニット４内の内圧が上昇しても、本体２２が変形することを抑制することができる。

このため、コイルユニット４内の内圧が上昇した際に、本体２２およびシール部材２７の間に隙間が生じることを抑制することができる。これにより、コイルユニット４の外部から異物がコイルユニット４内に入り込むことを抑制することができる。

同様に、樹脂蓋２１の周壁３１は、コイルユニット４内の内圧が上昇しても殆ど変形しないため、コイルユニット４内の内圧が上昇しても、樹脂蓋２１およびシール部材２７に間に隙間が形成されることを抑制することができる。これにより、シール部材２７および樹脂蓋２１の間から外部の異物がコイルユニット４内に入り込むことを抑制することができる。

そして、底板３０が下方に膨らむように変形したとしても、受電コイル１５やボビン２４は、底板３０に固定されていないため、受電コイル１５およびボビン２４は変形しない。仮に、受電コイル１５の形状が変形すると、受電コイル１５のインダクタンスが変動する。コイルユニット４内の内圧が上昇するタイミングとしては、コイルユニット４が電力を受電している場合が多く、受電中に上記の受電コイル１５のインダクタンスが変動すると、受電効率が低下しやすい。

その一方で、本実施の形態に係るコイルユニット４においては、コイルユニット４内の内圧が上昇しても、受電コイル１５の変形が抑制されており、受電効率の低下が抑制されている。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 非接触充電システム、２ 車両、３，４ コイルユニット、５ バッテリ、６，７ シールド板、８ 緩衝部材、９ 電源、１０ 送電コイル、１１ａ，１１ｂ，１６ａ，１６ｂ 共振キャパシタ、１２，１７ フィルタ、１３ インバータ、１５ 受電コイル、１８ 整流器、２０ 収容ケース、２１ 樹脂蓋、２２ 本体、２３ 保護シート、２４ ボビン、２５ フェライト、２６ 金属板、２７ シール部材、３０ 底板、３１，４７ 周壁、３２ 枠壁、３３ 固定部材、３４ コイル収容空間、３５ 機器収容空間、３６ 主板、３７ 支持壁、３８ コイル溝、３９ 分割フェライト板、４０，４１ シールド部、４６ 天板、４８ 冷却フィン、５０ 補強部材、５１ 中央部材、５２，５３，５４，５５ 梁、５６，５７，５８，５９ フランジ、６０ 通気性防水フィルタ、６１ 貫通孔、６２ 段差、６３ 縦壁、６５Ａ，６５Ｂ，６５Ｃ，６５Ｄ，６９，７１，７７，７８ ボルト、６６，６７ 連結部材、６８，７０，７２，７３ ナット、７５，７６ 台座。

Claims (1)

1. 収容ケースと、
   前記収容ケース内に収容されたコイルと、
   を備え、
   前記収容ケースは、金属製の本体と、
   前記本体に設けられ、前記本体の剛性を補強する補強部材と、
   前記本体に取り付けられることで、前記コイルを収容する収容空間を形成する樹脂蓋とを含み、
   前記コイルは、前記本体に固定されており、
   前記樹脂蓋は、前記収容空間内の内圧によって弾性変形するように形成された、コイルユニット。