JPH10309041A - 電気自動車充電用磁気結合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 一次及び二次の両コイルの結合度を高くす
る。 【解決手段】 電気自動車の二次ユニット２０に一次ユ
ニット３０を挿入してセットするようにしたものにおい
て、一次コイル３２が二次コイル２２内に挿入されるよ
うにし、一次及び二次の両コア２１，３１は両コイル３
２，２２の下方で閉じた閉ループ状の磁気回路を構成す
る。一次コイル３２で励起された磁束はほとんどが二次
コイル２２に鎖交する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気自動車を電磁
誘導を利用して充電するための電気自動車用磁気結合装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電気自動車の充電システムとして
電磁誘導を利用した非接触型のものが開発されており、
その一例として特開平６−１４４７０号公報に示された
ものがある。これは、図１７に示すように、充電用電源
に接続した一次ユニット１と、電気自動車の車体側に配
置された二次ユニット２とを備えた構成であり、充電時
には、一次ユニット１を車体側に挿入することにより一
次コア３と二次コア４とを接合状態として１個の磁気回
路を構成し、その状態で一次コイル５に交流電流を流し
て二次コイル６に非接触で起電力を発生させるのであ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記構成で
は、両コイル５，６の磁気結合度が未だ充分ではなく、
現実には１〜２％の損失が発生するという問題があっ
た。かかる損失は熱として失われるから、電気自動車の
短時間充電を可能にすべく例えば３０ｋＷｈの電力を送
電する場合には、実に３００Ｗｈ〜６００Ｗｈもの発熱
を生ずることになる。できるだけ小型化が要望されてい
る磁気結合装置にあって上記のような多量の発熱がある
と、その冷却には大いに苦慮することとなり、これが電
磁誘導方式の充電システムの実用化にとって大きな障害
となっている。

【０００４】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は一次及び二次の両コイルの磁気結合度を
できるだけ高めて損失を減少させることができる電気自
動車用磁気結合装置を提供するところにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
充電用電源によって電気自動車の蓄電装置を充電するた
めのものであって、一次コイルを備えた一次ユニット
を、電気自動車に設けられた二次コイルを備えた二次ユ
ニット側にセットして一次コイルを充電用電源にて励磁
することで二次コイルに起電力を生じさせて蓄電装置を
充電するようにしたものにおいて、一次及び二次のうち
の一方のコイルを、他方のコイルの内部に挿入可能に形
成したところに特徴を有する。

【０００６】また、請求項２に係る発明は、上記請求項
１の発明において、一次及び二次の各ユニットには一次
ユニットを二次ユニットにセットしたときに磁気回路を
構成する一次コア及び二次コアが設けられ、これらのコ
アは前記両コイルを貫通してそのコイルの一側部側で閉
ループを描くことによりコイルの他側部側が露出する構
成とされているところに特徴を有する。請求項３の発明
は、請求項１又は２の発明において、一次コイルが二次
コイル内に挿入されるようにしたところに特徴を有す
る。

【０００７】そして、請求項４の発明は、請求項１ない
し３のいずれかの発明において、一次ユニット及び二次
ユニットの少なくとも一方を金属製のシールドケースに
収容し、そのシールドケースにコイルの外周面を接触さ
せたところに特徴を有する。

【０００８】

【発明の作用・効果】請求項１の発明によれば、一次及
び二次の各コイルが互いに挿入状態となるから、一方の
コイルで励起された磁束のほとんどが他方のコイルに鎖
交することになる。この結果、磁気結合度が高くなり、
損失が減少する。

【０００９】請求項２の発明によれば、磁気回路を構成
するコアが、互いに挿入状態となっている一次及び二次
の両コイルを貫通し、そのコイルの一側部側で閉ループ
を描く構成とされているから、両コイルの多くの部分が
コア内に埋もれるのではなく、コアから露出する形態と
なる。従って、コイルに発生するジュール熱を外部に円
滑に放散させることができ、熱が篭もって大きな温度上
昇に至ることを未然に防止することができる。また、こ
のような磁気回路構造によってコアの体積を従来に比べ
て小さくすることができ、小型軽量化にも寄与すること
になる。

【００１０】請求項３の発明によれば、一次コイルを二
次コイル内に挿入する構成であるから、手で持って操作
することが多い一次ユニット側を小型軽量化することが
でき、使い勝手が向上する。

【００１１】そして、請求項４の発明によれば、コイル
で発生した熱がシールドケースに伝達されて円滑に放散
されるので温度上昇防止に効果的であるだけでなく、ノ
イズの輻射防止にも寄与する。

【００１２】

【発明の実施の形態】

＜第１実施形態＞以下、本発明の第１実施形態について
図１ないし図７を参照して説明する。

【００１３】本システムの全体的構成は図１に示したよ
うであり、電気自動車ＥＶの車体外部に例えば蓋１１に
て開閉可能な受容部１２が形成され、ここに後述する充
電コネクタ１３を挿入してセットできるようになってい
る。

【００１４】図２に示すように、電気自動車ＥＶの前記
受容部１２の奥部には、二次ユニット２０が配置されて
いる。この二次ユニット２０は、例えばフェライト製の
二次コア２１及び二次コイル２２を備え、全体が例えば
アルミニウム合金製のシールドケース２３内に収容され
ている。その二次コイル２２のリード線２２Ａは、電気
自動車ＥＶの蓄電装置である動力バッテリ（図示せず）
を充電するための充電回路に接続されており、二次コイ
ル２２に誘導される高周波起電力を整流してその動力バ
ッテリを充電できる。上記二次コア２１は例えばフェラ
イト製であって、図３に示したように、平板状の底板部
２１Ａの奥部に垂直に立ち上がる立上り壁部２１Ｂを一
体に有し、その立上り壁部２１Ｂの上端に前方に突出す
る円形台部２１Ｃが形成されてなる。また、上記立上り
壁部２１Ｂの上下両端面にはガイド溝２１Ｄが形成さ
れ、下側のガイド溝２１Ｄにはシールドケース２３の内
底面に突設した係合突起２３Ａが係合するとともに、上
側のガイド溝２１Ｄにはシールドケース２３の奥面にネ
ジ止めした取付部材２４の係合突起２４Ａが係合してお
り、これらによって二次コア２１がシールドケース２３
に対して出入りする方向に所定のストローク内で移動可
能に取り付けられた状態となっている。そして、この二
次コア２１の背面とシールドケース２３の奥面との間に
は板バネ２５が配置され、これにて二次コア２１を常に
前方（図２中の右方向）に付勢している。

【００１５】一方、前記二次コイル２２は比較的内径が
大きな円筒型に巻回され、二次コア２１の底板部２１Ａ
の上方に位置して円形台部２１Ｃと同心となるように配
置されている。従って、この状態で二次コイル２２は前
方に開口する空芯状をなす。なお、前記シールドケース
２３は図４に示すように、二次コイル２２の外周面の約
３／４の領域に接するようになっており、これにより二
次コイル２２で発生するジュール熱をシールドケース２
３に円滑に伝達できるようになっている。また、二次コ
イル２２のリード線２２Ａはシールドケース２３の背面
を貫通して電気自動車の図示しない充電回路に接続され
ている。

【００１６】また、上記シールドケース２３の前面部に
はロックリング２６が取り付けられている。これは、環
状の取付基部２６Ａの前方にほぼ半円状の係止突条２６
Ｂを一体に設けた構成で、後述する充電コネクタ１３を
係合させる機能を有する。

【００１７】さて、前記充電コネクタ１３は図５に示す
ように、ハンドル１４の先端に一次ユニット３０を配置
して構成されている。一次ユニット３０は一次コア３１
及び一次コイル３２からなり、その一次コア３１はやは
りフェライト製であって、図３に示すように平板状の縦
板部３１Ａの上端に円柱脚部３１Ｂを一体に突設した形
状である。その円柱脚部３１Ｂには上記一次コイル３２
がほぼ全域にわたって巻回され、その外周及び一次コア
３１の縦板部３１Ａはアルミニウム合金製のシールドケ
ース３３によって覆われている。そして、そのシールド
ケース３３の先端面には上記一次コア３１の円柱脚部３
１Ｂに対応する位置に円形開口３３Ａが形成されるとと
もに、縦板部３１Ａの下端には矩形開口３３Ｂが形成さ
れている。また、シールドケース３３の前面には、上記
円形開口３３Ａ及び矩形開口３３Ｂを覆うための蓋３４
がヒンジ軸３５を中心に開閉回動可能に取り付けられ、
常時は図示しないロック機構によって図５に示す閉鎖位
置に保持されている。

【００１８】また、図６に示すように、充電コネクタ１
３の側部にはハンドル１４の先端部に位置してロック部
材３６が軸３７を中心に回動可能に設けられ、常時は引
っ張りスプリング３８によって爪部３６Ａを充電コネク
タ１３の側方に突出させるように付勢している。また、
そのロック部材３６は図示しないロック解除ボタンによ
って爪部３６Ａが後退する方向に操作可能である。な
お、上記一次コイル３２は充電コネクタ１３に連結され
ている電源ケーブル１５を介して充電用電源装置４０に
接続されており（図１参照）、その充電用電源装置４０
から一次コイル３２に高周波電流を流して励磁すること
ができるようになっている。

【００１９】本実施形態の構成は以上の通りであり、次
にその作用を説明する。電気自動車の充電を行う場合に
は、充電コネクタ１３のハンドル１４を持ち、カバー３
４を開放して先端の一次ユニット３０を電気自動車ＥＶ
の二次ユニット２０内に挿入する。すると、図７に示す
ように一次コイル３２と一次コア３１の円柱脚部３１Ｂ
とが二次コイル２２内に挿入される。また、この状態
で、充電コネクタ１３のロック部材３６の爪部３６Ａが
二次ユニット２０のロックリング２６の係止突条２６Ｂ
と係合し、同図に示すセット状態に固定される。この状
態では、二次コア２１の円形台部２１Ｄが一次ユニット
３０前面の円形開口３３Ａ内に進入して一次コア３１の
円柱脚部３１Ｂの先端面と当接し、二次コア２１の底板
部２１Ａの先端が一次ユニット３０前面の矩形開口３３
Ｂ内に進入して一次コア３１の縦板部３１Ａの下端に当
接しており、これらの両コア２１，３１によって一次コ
イル２２及び二次コイル３２を貫通する磁気回路が構成
される。また、その磁気回路は両コイル２２，３２を貫
通してそのコイル２２，３２の一側部（下方）側で閉ル
ープを描く構成となっている。

【００２０】そこで、充電用電源装置４０によって一次
コイル２２を励磁すれば、一次コイル２２により励起さ
れた高周波磁束が二次コイル３２に鎖交して起電力を発
生し、これにて電気自動車の蓄電装置を充電することが
できる。充電後は、充電コネクタ１３のロック解除ボタ
ンを操作してロックを外し、一次ユニット３０を二次ユ
ニット２０から引き出し、電気自動車ＥＶの受容部１２
の蓋１１を閉じ、また、充電コネクタ１３の蓋３４を閉
じればよい。

【００２１】本実施形態によれば、次の効果が得られ
る。 （１）一次ユニット３０を電気自動車ＥＶ側の一次ユニ
ット２０内に挿入してセットした状態では、図７に示す
ように一次コイル３２が二次コイル２２内に挿入された
状態となる。このため、一次コイル３２にて励起された
磁束のほとんどが二次コイル２２に鎖交することにな
り、磁気結合度が極めて高くなる。実験によれば、従来
タイプに比べて損失を約１／１０に減らすことができ、
従って発生熱量を１／１０にして特別な冷却手段を講ず
ることなく大電力を送電できるようになった。このこと
は、電気自動車ＥＶの蓄電装置を短時間で充電できると
ともに、充電コネクタ１３の小型化を可能にできること
を意味し、実用上極めて好都合である。 （２）しかも、本実施形態では、一次及び二次の両コア
３１，２１は一次及び二次の両コイル２２，３２を貫通
して閉ループを描く磁気回路を構成し、そのループはコ
イル２２，３２の一側部側で閉じた形状となるようにし
ている。従って、両コイル２２，３２はコア内に埋もれ
るのではなく、大きく露出する形態となる。従って、コ
イル２２，３２に発生するジュール熱を外部に円滑に放
散させることができ、熱が篭もって大きな温度上昇に至
ることを未然に防止することができる。また、このよう
な磁気回路構造によってコア２１，３１の体積を小さく
することができ、小型軽量化にも一層寄与することにな
る。 （３）また、特に本実施形態では、一次コア３１の円柱
脚部３１Ｂに一次コイル３２を巻回し、これを電気自動
車ＥＶ側の二次コイル２２内に挿入される形状としたか
ら、手で持って操作することが多い一次ユニット３０側
を小型軽量化することができ、使い勝手が向上する。 （４）本実施形態では、二次コア２１をシールドケース
２３に対して移動可能に配置するとともに、板バネ２５
等の付勢手段にて一次ユニット３０の挿入開口側に付勢
する構成としているから、一次ユニット３０を挿入する
際に、両コア２１，３１が互いに当接して板バネ２５を
圧縮しつつコア２１，３１相互が密着することになる。
この結果、両コア２１，３１の接合部における磁束の漏
れが減少して磁気結合度を一層高く維持することができ
る。 （５）上記実施形態では、二次コア２１に円形台部２１
Ｄを突設したから、この円形台部２１Ｄが充電コネクタ
１３前面の円形開口３３Ａ内に進入して一次コア３１と
接合することになる。このことは、一次ユニット３０側
において一次コア３１の円柱脚部３１Ｂ先端面を円形開
口３３Ａから内部に後退させて設けることができること
を意味し、従って、円柱脚部３１Ｂの破損や汚れの付着
を効果的に防止できることになる。 （６）本実施形態では熱伝導率及び導電性に優れたアル
ミニウム合金によって一次ユニット３０及び二次ユニッ
ト２０の各シールドケース３３，２３を形成し、その内
部に各ユニット３０，２０を収容する構成としたから、
内部で発生した熱を外部に円滑に放散させて冷却するこ
とができるとともに、ノイズの輻射を防止できる。 （７）一次コア２１の上下にガイド溝２１Ｄを形成し、
一方（下側）のガイド溝２１Ｄにはシールドケース２３
の係合突起２３Ａを係合させ、他方（上側）のガイド溝
２１Ｄには別部品の取付部材２４の係合突起２４Ａを係
合させ、しかもその取付部材２４は二次コイル２２の内
部に位置する箇所でネジ止めする構成であるから、二次
コイル２２内にドライバー等を挿入して簡単に取付部材
２４をシールドケース２３に固定することができる。こ
れにてシールドケース２３内に二次コア２１を移動自在
に取り付ける構成でありながら、その組立が極めて簡単
となって生産性を高めることができる。 （８）この実施形態では電気自動車側の二次コイル３２
が一次コイル２２を挿入できるような大きな内径寸法に
設定されるから、二次ユニット３０内に付着した汚れや
異物等を除去することを簡単に行うことができ、メンテ
ナンス性に優れる。

【００２２】＜第２実施形態＞図８ないし図１１は本発
明の第２実施形態を示す。図８の右側に一次ユニット５
０を示し、左側に二次ユニット６０を示している。一次
ユニット５０の一次コア５１はヨーク部５１Ａと円柱脚
部５１Ｂとを一体化したフェライト製であり、その円柱
脚部５１Ｂに一次コイル５２が巻回されている。二次ユ
ニット６０の二次コア６１は、底板部６１Ａの一端に立
上り壁部６１Ｂを突設したフェライト製であり、その立
上り壁部６１に前記一次コア５１の円柱脚部５１Ｂをぴ
ったりと挿入可能な受容孔６１Ｃが形成されている。そ
して、二次コイル６２は空芯の円筒型であって上記受容
孔６１Ｃと同心に配置されている。そして、その二次コ
イル６２の内径寸法は前記一次コイル５２の外径寸法よ
りも僅かに大きく設定してあり、図８の矢印に示すよう
に一次ユニット５０を二次ユニット６０側に移動させて
挿入すると、図９に示すように一次コア５１の円筒脚部
５１Ｂの先端が二次コア６１の受容孔６１Ｃ内に進入し
て閉ループ状の磁気回路が構成されると共に、一次コイ
ル５２が二次コイル６２内に完全に挿入された状態とな
る。

【００２３】従って、この実施形態でも、一次コイル５
２にて励起された磁束のほとんどが二次コイル６２に鎖
交することになって磁気結合度が極めて高くなるという
効果が得られる。また、本実施形態でも、両コイル５
２，６２はコア内に埋もれるのではなく、大きく露出す
る形態となるから、コイル５２，６２に発生するジュー
ル熱を外部に円滑に放散させることができ、熱が篭もっ
て大きな温度上昇に至ることを未然に防止することがで
きる。また、このような磁気回路構造によってコア２
１，３１の体積を小さくすることができ、小型軽量化に
も一層寄与することになる。

【００２４】しかも、特に本実施形態では、図１０及び
図１１に示すように、異なる容量の一次ユニット７０も
二次ユニット６０にセットすることができる。すなわ
ち、この一次ユニット７０は前述した一次ユニット５０
とは、一次コア７１の円柱脚部７１Ｂの長さが短く、か
つ、一次コイル７２が小型に構成されている。一次コイ
ル７２が小型であっても、送電容量が小さい場合には問
題がなく、また、円柱脚部７１Ｂが短く二次コア６１と
の接合面積が少なくなっても、発生磁束が少ないから問
題はない。むしろ、このような小型の一次ユニット７０
も受け入れることができることにより、例えば図８に示
した大型の一次ユニット５０を充電スタンドでの急速充
電に使用し、図１０に示した小型の一次ユニット７０を
家庭での長時間充電に使用する等の２種類の充電形態に
合理的に対応することができる。

【００２５】また、この実施形態では、両コア５１，６
１の接合面は一次ユニット５０の挿入方向に沿って形成
される。このことは、突き当て型のコアでは挿入深さの
誤差がコア間のエアギャップ寸法として現れて接合部の
磁気抵抗の大小に大きな影響を与えるのに対し、挿入深
さの誤差が両コア５１，６１の接合部の磁気抵抗に与え
る影響が少なくなることを意味し、磁気回路における磁
気抵抗が安定していることを意味する。

【００２６】＜第３実施形態＞図１２及び図１３は本発
明の第３実施形態を示す。一次ユニット８０の一次コア
８１はＩ型をなし、その一端側に径大な円筒形をなす空
芯の一次コイル８２を備える。一方、二次ユニット８３
の二次コア８４は２本の脚部８４Ａを有する角Ｃ型をな
し、その一方の脚部８４Ａに二次コイル８５が巻回され
ている。

【００２７】一次ユニット８０を図１２の矢印方向に移
動させてセットすると、図１３に示すように一次コイル
８２と二次コイル８５とが挿入状態となって確実に磁気
結合し、また、両コア８１，８４によって閉ループ状の
磁気回路が構成される。この構成によっても、前記第１
実施例と同様に、両コイル８２，８５の磁気結合度が極
めて高くなり、しかも、コイル８２，８５の露出度が高
くなって冷却性に優れるという効果が得られる。

【００２８】＜第４実施形態＞図１４は本発明の第４実
施形態を示し、一次及び二次の両コイルの構造が前記第
３実施形態と相違し、コア８１，８３の構造は同一であ
る。すなわち、一次コイル８２及び二次コイル８５の双
方ともに空芯型で、一次コイル８２は二次コア８４の脚
部８４Ａに挿入可能な内径を有し、二次コイル８５は一
次コイル８２を内部に挿入可能な内径を有する。同図矢
印に示すように一次ユニット８１を移動させると、図１
３に示したところと同様な結合状態となる。

【００２９】＜第５実施形態＞図１５及び図１６は本発
明の第５実施形態を示し、図１２及び図１３に示した前
記第３実施形態と相違するところは、一次及び二次の各
コイル８２，８５の構成であって、両コア８１，８４の
構造は同一である。すなわち、二次コア８４の両脚部８
４Ａにそれぞれ二次コイル８５が巻回されており、この
二次コイル８５を挿入可能な内径を有する円筒形の一次
コイル８２は一次コア８１の両端側に位置する。この一
次ユニット８０を図１５の矢印のようにセットすると、
図１６のように各コイル８２，８５が挿入状態になり、
かつ、両コア８１，８４によって閉ループ状の磁気回路
が構成される。このように各コイルを２つの脚部８４Ａ
に分散させると、それぞれのコイルが小型化できるとい
う効果が得られる。なお、この実施形態においても、図
１４に示したように、一次コイル８２が二次コイル８５
の内部に挿入されるようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る充電システムを示
す概略的な斜視図

【図２】同じく二次ユニットの縦断側面図

【図３】同じく一次及び二次の各コアを示す斜視図

【図４】同じく二次ユニットの縦断正面図

【図５】同じく一次ユニットの縦断側面図

【図６】同じく一次ユニットの部分横断面図

【図７】同じく一次及び二次の各ユニットを結合した状
態を示す縦断側面図

【図８】本発明の第２実施形態を示す両ユニットの断面
図

【図９】同じく結合状態で示す断面図

【図１０】同じく小型一次ユニットとともに示す断面図

【図１１】同じく小型一次ユニットの結合状態の断面図

【図１２】本発明の第３実施形態を示す断面図

【図１３】同じく結合状態で示す断面図

【図１４】本発明の第４実施形態を示す断面図

【図１５】本発明の第５実施形態を示す断面図

【図１６】同じく結合状態で示す断面図

【図１７】従来構造を示す断面図

【符号の説明】

ＥＶ…電気自動車 １３…充電コネクタ ２０…一次ユニット ２１…一次コア ２２…一次コイル ２３…シールドケース ３０…二次ユニット ３１…二次コア ３２…二次コイル ３３…シールドケース ４０…充電用電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 嶋田 俊郎 大阪府大阪市此花区島屋１丁目１番３号 住友電気工業株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 充電用電源によって電気自動車の蓄電装
   置を充電するためのものであって、一次コイルを備えた
   一次ユニットを、前記電気自動車に設けられた二次コイ
   ルを備えた二次ユニット側にセットして前記一次コイル
   を前記充電用電源にて励磁することで前記二次コイルに
   起電力を生じさせて前記蓄電装置を充電するようにした
   ものにおいて、前記一次及び二次のうちの一方のコイル
   は、他方のコイルの内部に挿入可能に形成されているこ
   とを特徴とする電気自動車充電用磁気結合装置。
2. 【請求項２】 一次及び二次の各ユニットには、一次ユ
   ニットを二次ユニットにセットしたときに磁気回路を構
   成する一次コア及び二次コアが設けられ、これらのコア
   は前記両コイルを貫通してそのコイルの一側部側で閉ル
   ープを描くことによりコイルの他側部側が露出する構成
   とされていることを特徴とする請求項１記載の電気自動
   車充電用磁気結合装置。
3. 【請求項３】 一次コイルが二次コイル内に挿入される
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電気自
   動車充電用磁気結合装置。
4. 【請求項４】 一次ユニット及び二次ユニットの少なく
   とも一方は、金属製のシールドケースに収容され、その
   シールドケースにコイルの外周面を接触させていること
   を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載
   の電気自動車充電用磁気結合装置。