JP6301675B2 - Coil unit and power supply system having the same - Google Patents
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Description
本発明は、非接触で電力を受電又は給電するコイルユニット及びこのコイルユニットを有する給電システムに関するものである。 The present invention relates to a coil unit that receives or supplies electric power in a non-contact manner and a power supply system having the coil unit.
近年、例えば、プラグインハイブリッド自動車(PHEV)や電気自動車(EV)等が備える二次電池(以下、単に「動力用バッテリ」という)の充電などにおいて、充電作業を容易にするために、プラグ接続等の物理的接続を必要としないワイヤレス(非接触)での電力伝送技術が用いられている。 In recent years, for example, charging of a secondary battery (hereinafter simply referred to as a “power battery”) included in a plug-in hybrid vehicle (PHEV), an electric vehicle (EV), or the like is performed by using a plug connection. Wireless (non-contact) power transmission technology that does not require physical connection such as the above is used.
例えば、特許文献1に開示されている給電システムでは、互いに電磁共鳴する一対のコイルの一方を給電設備の地面に設置し、他方を車両に搭載して、給電設備の地面に設置されたコイルから車両に搭載されたコイルに非接触で電力を供給している。 For example, in the power feeding system disclosed in Patent Document 1, one of a pair of coils that electromagnetically resonate with each other is installed on the ground of the power feeding equipment, and the other is mounted on the vehicle, and the coil installed on the ground of the power feeding equipment Electric power is supplied in a non-contact manner to the coil mounted on the vehicle.
一般的に、上記コイルは、小型化を図るため、共振周波数を調整するためのコンデンサなどの各種部品と共にケース内に収容されている。しかしながら、従来の給電システムにおいては、ケース内の温度が上昇し、コイルの抵抗値増加による電力の伝送効率の低下や、コンデンサの使用温度の上限値を越える、という問題があった。 Generally, the coil is housed in a case together with various components such as a capacitor for adjusting a resonance frequency in order to reduce the size. However, the conventional power supply system has a problem that the temperature in the case rises, the power transmission efficiency decreases due to an increase in the resistance value of the coil, and the upper limit value of the operating temperature of the capacitor is exceeded.
そこで、本発明は、ケース内での温度上昇を抑制することができるコイルユニット及びそれを備える給電システムを提供することを課題とする。 Then, this invention makes it a subject to provide the coil unit which can suppress the temperature rise in a case, and an electric power feeding system provided with the same.
本発明者らは、鋭意探求した結果、コイルから発生する磁界により、ケース内に収容された、例えばコンデンサの電極などの金属に渦電流が発生し、これによって温度が上昇していることを見出し、本発明に至った。 As a result of diligent search, the present inventors have found that an eddy current is generated in a metal such as an electrode of a capacitor housed in the case due to a magnetic field generated from the coil, thereby increasing the temperature. The present invention has been reached.
即ち、請求項1記載の発明は、非接触で電力を給電又は受電するコイルと、少なくとも一部が金属から構成された部品と、前記コイル及び前記部品を収容するケースと、を備えたコイルユニットであって、前記コイルは、コアと、コアにらせん状に巻き付けられたコイル線と、を有し、前記部品は、基板から構成され、前記基板は、前記コイルの中心軸方向において両端部かつ前記コイルに近い側の端部が切り欠かれていることを特徴とするコイルユニットに存する。 That is, the invention according to claim 1 is a coil unit comprising a coil for supplying or receiving electric power in a non-contact manner, a part at least partially made of metal, and a case for housing the coil and the part. The coil includes a core and a coil wire wound around the core in a spiral shape, the component is formed of a substrate, and the substrate includes both end portions in the central axis direction of the coil and The coil unit is characterized in that the end on the side close to the coil is cut out.
請求項2記載の発明は、前記基板には、電線の端部に取り付けた端子金具との接続部が設けられ、前記接続部が、前記基板上の前記コイルから最も離れた縁部近傍に設けられたことを特徴とする請求項1に記載のコイルユニットに存する。 According to a second aspect of the present invention, the substrate is provided with a connection portion with a terminal fitting attached to an end portion of the electric wire, and the connection portion is provided in the vicinity of the edge portion farthest from the coil on the substrate. It consists in the coil unit according to claim 1, characterized in that was.
請求項3記載の発明は、地面に設けられた給電部と車両に設けられた受電部とを有し、前記受電部が前記給電部から伝送された電力を非接触で受電する給電システムであって、前記受電部又は前記給電部が、請求項1項に記載のコイルユニットを有していることを特徴とする給電システムに存する。 The invention described in claim 3 is a power feeding system having a power feeding unit provided on the ground and a power receiving unit provided on a vehicle, wherein the power receiving unit receives the power transmitted from the power feeding unit in a contactless manner. The power reception unit or the power supply unit includes the coil unit according to claim 1 .
以上説明したように請求項1、3記載の発明によれば、磁束密度の高いコイル中心軸方向の両端部付近に部品が配置されることがないので、部品の金属での渦電流の発生が抑制され、温度上昇を抑えることができる。 As described above, according to the first and third aspects of the invention, since the parts are not arranged near both ends in the coil central axis direction with high magnetic flux density, eddy currents are generated in the metal of the parts. It is suppressed and temperature rise can be suppressed.
請求項2記載の発明によれば、接続部での渦電流の発生が抑制され、温度上昇を抑えることができる。 According to invention of Claim 2 , generation | occurrence | production of the eddy current in a connection part is suppressed, and a temperature rise can be suppressed.
以下、本発明の一実施形態の給電システムについて、図1〜図4を参照して説明する。 Hereinafter, a power supply system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1は、本発明の一実施形態の給電システムの概略構成を示す図である。図2は、図1の給電システムが備える給電ユニット及び受電ユニットの配置を説明する図である。図3は、図2の給電ユニット及び受電ユニットの分解斜視図である。なお、図3において、受電ユニットを構成する部分の引用符号は括弧内に記載している。 FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a power feeding system according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram illustrating the arrangement of the power supply unit and the power reception unit included in the power supply system of FIG. FIG. 3 is an exploded perspective view of the power supply unit and the power reception unit of FIG. In FIG. 3, the reference numerals of the parts constituting the power receiving unit are shown in parentheses.
本実施形態の給電システムは、磁界共鳴方式を用いて非接触で地面側から車両に電力を供給する。なお、給電側と受電側とを電磁的に結合させることにより電力を伝送するものであれば、磁界共鳴方式以外の方式を用いてもよい。 The power feeding system of this embodiment supplies electric power to the vehicle from the ground side in a non-contact manner using a magnetic field resonance method. A method other than the magnetic field resonance method may be used as long as power is transmitted by electromagnetically coupling the power feeding side and the power receiving side.
まず、給電システム1の一般的な構成について説明する。図1に示すように、給電システム1は、地面G(図2に示す)に配置される給電部としての給電装置20と、車両V(図2に示す)に配置される受電部としての受電装置30と、を備えている。この車両Vは、図2に示すように、エンジン及びモータを有するドライブユニットDRVと、モータに電力を供給する動力用バッテリBATTと、を備えている。
First, a general configuration of the power feeding system 1 will be described. As shown in FIG. 1, the power feeding system 1 includes a
給電装置20は、図1に示すように、高周波電源21と、コイルユニットとしての給電ユニット22と、整合器27と、制御部28と、を備えている。
As shown in FIG. 1, the
高周波電源21は、例えば、商用電源から高周波電力を生成して、後述する給電ユニット22に供給している。この高周波電源21により生成される高周波電力は、給電ユニット22の共振周波数及び後述する受電ユニット32の共振周波数と等しい周波数に設定されている。
The high frequency power source 21 generates, for example, high frequency power from a commercial power source and supplies it to a
給電ユニット22は、図2、図3に示すように、コイルとしての給電側コイル23と、部品としての給電側コンデンサ体24と、これらを収容する箱型のケースとしての給電側ケース25と、を有している。給電ユニット22は、図2に示すように、地面G上に設置されている。給電ユニット22は、地面Gに埋設されていてもよい。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
給電側コイル23と給電側コンデンサ体24とは、互いに直列接続されて所定の共振周波数で共振する共振回路を形成している。本実施形態では、給電側コイル23と給電側コンデンサ体24とは、直列接続されているが、並列接続されていてもよい。
The power
整合器27は、高周波電源21と給電側コイル23及び給電側コンデンサ体24からなる共振回路との間のインピーダンスを整合させるための回路である。
The matching unit 27 is a circuit for matching the impedance between the high-frequency power source 21 and the resonance circuit including the power
制御部28は、ROM、RAM、CPUを有する周知のマイクロコンピュータなどで構成され、給電装置20全体の制御を司る。制御部28は、例えば、電力伝送の要求に応じて、高周波電源21のオンオフ制御を行う。
The
受電装置30は、コイルユニットとしての受電ユニット32と、整流器38と、を備えている。
The
受電ユニット32は、図2、図3に示すように、コイルとしての受電側コイル33と、部品としての受電側コンデンサ体34と、これらを収容する箱型のケースとしての受電側ケース35と、を有している。受電ユニット32は、図2に示すように、車両Vの下面に取り付けられている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
受電側コイル33と、受電側コンデンサ体34とは、互いに直列接続されて給電ユニット22と同一の共振周波数で共振する共振回路を形成している。本実施形態では、受電側コイル33と受電側コンデンサ体34とは、直列接続されているが、並列接続されていてもよい。
The power
整流器38は、受電ユニット32が受電した高周波電力を直流電力に変換する。この整流器38には、例えば、車両Vに搭載された動力用バッテリBATTの充電に用いられる充電ユニットなどの負荷Lが接続される。
The
次に、上記概略で説明した給電ユニット22及び受電ユニット32の詳細な構成について、図3などを参照して説明する。給電、受電ユニット22、32は、上述したようにそれぞれ給電側、受電側コイル23、33と、給電側、受電側コンデンサ体24、34と、給電側、受電側ケース25、35と、を備えている。また、ケース25、35内には、これらコイル23、33及びコンデンサ体24、34に加えて、例えば給電ユニット22及び受電ユニット32間で通信を行うために設けられた基板としての制御回路基板9も収容されていることがある。
Next, detailed configurations of the
給電側、受電側コイル23、33はそれぞれ、図3に示すように、矩形平板状のフェライト製のコア3Aと、コア3Aにコイル状に巻き付けられたリッツ線から成るコイル線3Bと、を有している。
As shown in FIG. 3, each of the power supply side and power
給電側、受電側コイル23、33のコア3Aは、後述する給電側、受電側ケース25、35内に水平に配置されている。コイル線3Bは、給電ユニット22と受電ユニット32との離隔方向(本実施形態では上下方向Y1)に対して直交する方向を中心軸としてコア3Aに巻き付けられている。これら給電側、受電側コイル23、33は、図2に示すように、車両Vが所定の給電位置に駐車したときに、コア3A同士が上下方向Y1に対向し、かつ、コイル線3Bの中心軸方向Y2が互いに平行になるように配置される。
The cores 3 </ b> A of the power supply side and power
給電側、受電側コンデンサ体24、34はそれぞれ、図3に示すように、ガラスエポキシ基板の表面に配線パターンを形成した矩形平板状の基板としての回路基板4Aと、回路基板4Aに実装された複数のセラミックコンデンサ4Bと、を有している。上記回路基板4Aには、図3に示すように、上記コイル線3Bの一端に取り付けた端子金具がボルトBにより締結されている。これにより、コイル線3Bとセラミックコンデンサ4Bとが電気的に接続される。また、回路基板4Aには、リッツ線からなる引き出し線7の一端に取り付けた端子金具がボルトBにより締結されている。上述したコイル線3Bの他端及び引き出し線7の他端は、後述する給電側、受電側ケース25、35の内側から外側に引き出されて配索された一対のリード線8の端末とボルトBにより締結されている。
As shown in FIG. 3, the power supply side and power reception
給電側、受電側ケース25、35は、開口が設けられた本体部5Aと、該本体部5Aの開口を覆う蓋部5Bと、に分割可能に構成されている。本体部5Aは、例えば、繊維強化プラスチック(FRP)などの給電装置20からの磁気を通すことが可能な材料で構成されている。蓋部5Bは、例えば、アルミニウム又は合金などの磁気を通さない(磁気シールドとなる)材料で構成されている。給電側、受電側ケース25、35は、本体部5Aと蓋部5Bとを組み合わせて図示しないねじ等の固定手段により固定することで、内側に給電側、受電側コイル23、33及び給電側、受電側コンデンサ体24、34を収容する空間を形成する。また、給電側ケース25は、蓋部5Bが地面G側、本体部5Aが車両V側となるように地面Gに配置される。受電側ケース35は、蓋部5Bが車両Vの下面側、本体部5Aが地面G側となるように車両Vの下面に取付けられる。
The power feeding and power receiving
次に、上記コンデンサ体24、34を構成する回路基板4Aや制御回路基板9の配置位置について説明する。上記回路基板4A、制御回路基板9及びコイル23、33は、コイル23、33の幅方向Y3(即ち、上下方向Y1及び中心軸方向Y2の双方に直交する方向)に沿って並べて、水平に配置されている。本実施形態では、コイル23、33は、回路基板4Aと制御回路基板9とにより幅方向Y3が挟まれている。また、回路基板4A及び制御回路基板9は、図3、図4に示すように、中心軸方向Y2において、コイル23、33の中央位置と一致するように配置され、コイル23、33の両端部には配置されていない。
Next, the arrangement positions of the
例えば、上述したように2つの回路基板4A、制御回路基板9を配置する場合、一般的には、給電、受電ユニット22、32を小さくするために、図5に示すように、回路基板4A及び制御回路基板9を中心軸方向Y2に沿って並べるのが普通である。
For example, when the two
しかしながら、図6に示すような配置では、セラミックコンデンサ4Bの温度が上昇し、使用温度の上限値を越えてしまう恐れがあった。本発明者らは、この温度が上昇する原因について鋭意探究したところ、コイル23、33には、図5の点線で示すように、中心軸方向Y1の一端から他端に向かう磁束φが発生する。
However, in the arrangement as shown in FIG. 6, the temperature of the
コイル23、33周辺の磁束密度について検討したところ、点線で囲んだ中心軸方向Y2の両端部近傍が最も高く、中心軸方向Y2の中央位置が最も低いことが分かった。また、回路基板4Aや制御回路基板9には例えばセラミックコンデンサ4Bなどの素子が搭載され、素子に電極が設けられている。また、その表面には導電パターンも形成されている。即ち、回路基板4Aや制御回路基板9の一部は金属から構成されている。図5に示す比較例では、点線で囲んだ磁束密度の高い部分に回路基板4A、制御回路基板9が配置されているため、コイル23、33からの磁束φにより回路基板4Aや制御回路基板9の金属部分に大きな渦電流が流れ、これにより温度が上昇していることが分かった。
When the magnetic flux density around the
そこで、本実施形態では、図3、図4に示すように、回路基板4A及び制御回路基板9を、中心軸方向Y2において、コイル23、33の中央位置に一致するように配置し、コイル23の中心軸方向Y2の両端部近傍には配置していない。これにより、磁束密度の低い場所に回路基板4A及び制御回路基板9を配置することができ、回路基板4A及び制御回路基板9の金属での渦電流の発生が抑制され、温度上昇を抑えることができる。
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIGS. 3 and 4, the
また、本実施形態では、回路基板4A及び制御回路基板9を幅方向Y3に沿って並べて配置することにより、複数の基板4A、9を磁束密度の低いコイル23の中心軸方向Y2の中央に配置することができ、基板4A、9の金属での渦電流の発生が抑制され、温度上昇を抑えることができる。
In the present embodiment, the
また、本実施形態では、渦電流の発生を抑制して、温度上昇を抑えるため、図3、図4に示すように、回路基板4Aとコイル線3B(電線)及び引き出し線7(電線)とのボルト締結部(接続部)を、回路基板4A上のコイル23、33から最も離れた縁部近傍に設けられている。コイル23、33から離れるに従って、磁束密度は低くなる。つまり、ボルト締結部を、回路基板4A上の磁束密度が低い場所に配置することができる。これにより、ボルト締結部、即ちコイル線3Bや引き出し線7の端部に取り付けた端子金具や、ボルトBでの渦電流の発生が抑制され、温度上昇を抑えることができる。
Moreover, in this embodiment, in order to suppress generation | occurrence | production of an eddy current and to suppress a temperature rise, as shown to FIG. 3, FIG. 4, the
なお、上述した実施形態によれば、回路基板4Aや制御回路基板9を部品としていたが、これに限ったものではない。部品としては、少なくとも一部が金属から構成されたものであればよい。また、上述した実施形態で、制御回路基板9としたものは、制御以外の機能を持つ基板でもよい。
According to the above-described embodiment, the
また、上述した実施形態によれば、コイル23、33の幅方向Y3の両側それぞれに、回路基板4Aと制御回路基板9とを配置していたが、これに限ったものではない。例えば、コイル23、33の幅方向Y3の一方側に回路基板4A及び制御回路基板9を幅方向Y3に並べて配置するようにしてもよい。
Further, according to the above-described embodiment, the
また、上述した実施形態によれば、コイル23、33の中心軸方向Y2の中央において回路基板4A及び制御回路基板9を幅方向Y3に沿って並べて配置していたが、これに限ったものではない。コイル23、33の中心軸方向Y2の中央において回路基板4A及び制御回路基板9を上下方向Y1に沿って並べて配置するようにしてもよい。
Further, according to the above-described embodiment, the
また、上述した実施形態によれば、給電、受電ユニット22、32において、回路基板4Aや制御回路基板9をコイル23、33の中心軸方向Y2の中央に対向するように配置していたが、これに限ったものではない。給電、受電ユニット22、32の何れか一方だけでもよい。
Further, according to the above-described embodiment, in the power feeding and
また、上述した実施形態によれば、基板4A、9を、コイル23、33の中心軸方向Y2において、コイル23、33の中央位置と一致するように配置していたが、これに限ったものではない。例えば、図6に示すように、ケース25、35内のスペースの関係上、複数の基板4A、9を中心軸方向Y2に沿って並べて配置しなければならない場合は、コイル23、33の中心軸方向Y2の両端部付近部分に切り欠きCを設けて、基板4A、9を磁束密度の高いコイル23、33の中心軸方向Y2の両端近傍に配置しないようにしてもよい。
Further, according to the above-described embodiment, the
また、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。 Further, the above-described embodiments are merely representative forms of the present invention, and the present invention is not limited to the embodiments. That is, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
1 給電システム
3B コイル線(電線)
4A 回路基板(基板)
7 引き出し線(電線)
9 制御回路基板(部品、基板)
20 給電装置(給電部)
22 給電ユニット(コイルユニット)
23 給電側コイル(コイル)
24 給電側コンデンサ体(部品)
25 給電側ケース(ケース)
30 受電装置(受電部)
32 受電ユニット(コイルユニット)
33 受電側コイル(コイル)
34 受電側コンデンサ体(部品)
35 受電側ケース(ケース)
G 地面
V 車両
Y1 上下方向(離隔方向)
Y2 中心軸方向
Y3 幅方向(離隔方向及び中心軸方向の双方に直交する方向)
1
4A circuit board (board)
7 Lead wire (electric wire)
9 Control circuit board (component, board)
20 Power supply device (power supply unit)
22 Power supply unit (coil unit)
23 Power supply coil (coil)
24 Power supply capacitor body (parts)
25 Power supply side case
30 Power receiving device (power receiving unit)
32 Power receiving unit (coil unit)
33 Power receiving coil (coil)
34 Power-receiving-side capacitor body (parts)
35 Power receiving case (case)
G Ground V Vehicle Y1 Vertical direction (separate direction)
Y2 Central axis direction Y3 Width direction (direction orthogonal to both the separation direction and the central axis direction)
Claims (3)
前記コイルは、コアと、コアにらせん状に巻き付けられたコイル線と、を有し、
前記部品は、基板から構成され、
前記基板は、前記コイルの中心軸方向において両端部かつ前記コイルに近い側の端部が切り欠かれている
ことを特徴とするコイルユニット。 A coil unit comprising: a coil that supplies or receives power in a non-contact manner; a component that is at least partially made of metal; and a case that houses the coil and the component,
The coil has a core and a coil wire wound around the core in a spiral shape,
The component is composed of a substrate,
The coil unit is characterized in that both ends of the substrate in the central axis direction of the coil and an end close to the coil are cut out .
前記接続部が、前記基板上の前記コイルから最も離れた縁部近傍に設けられた
ことを特徴とする請求項1に記載のコイルユニット。 The board is provided with a connection portion with a terminal fitting attached to the end of the electric wire,
The coil unit according to claim 1 , wherein the connection portion is provided in the vicinity of an edge portion farthest from the coil on the substrate.
前記受電部又は前記給電部が、請求項1項に記載のコイルユニットを有していることを特徴とする給電システム。 A power supply system having a power supply unit provided on the ground and a power reception unit provided on a vehicle, wherein the power reception unit receives power transmitted from the power supply unit in a contactless manner;
The power reception system, wherein the power reception unit or the power supply unit includes the coil unit according to claim 1 .
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