(57)【要約】【課題】地面に設置して用いられ、車両の下面に設けられる受電ユニットへ非接触で送電する送電ユニットにおいて、放熱フィンを設けて効果的な放熱を実現するとともに、車両から受け得る荷重から放熱フィンを適切に保護する。【解決手段】放熱フィン１２１は、送電装置の外周に設けられる。放熱フィン１２１の上部には、放熱フィン１２１を覆うとともに複数のスリットが形成されたスロープ状のカバーが設けられる。送電装置は、キャパシタ２２、フィルタ回路２４、ＰＦＣ回路２６及びインバータ２７等の高圧電気機器と、低圧基板３１，３２の低圧電気機器とを含む。送電装置内において、高圧電気機器は、低圧電気機器よりも放熱フィン１２１に近い位置に配設される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地面に設置して用いられ、車両の下面に設けられる受電ユニットへ非接触で送電する送電ユニットであって、
前記受電ユニットへ磁界を通じて送電するように構成された送電装置と、
前記送電装置の上方から前記送電装置を視た場合に前記送電装置の外周に設けられる放熱フィンと、
前記放熱フィンの上部を覆うとともに複数のスリットが形成されたスロープ状のカバーとを備え、
前記送電装置は、
前記受電ユニットへ磁界を通じて送電するように構成されたコイルと、
前記コイルに供給される電力を生成するように構成された高圧電気機器と、
前記高圧電気機器が受ける電圧よりも低い電圧を受けて作動する低圧電気機器とを含み、
前記送電装置内において、前記高圧電気機器は、前記低圧電気機器よりも前記放熱フィンに近い位置に配設される、送電ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、送電ユニットに関し、特に、地面に設置して用いられ、車両の下面に設けられる受電ユニットへ非接触で送電する送電ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
送電装置から受電装置へ非接触で電力を伝送する電力伝送システムが知られている（たとえば特許文献１〜６参照）。たとえば、特開２０１６−１１５７８９号公報（特許文献１）は、地面に設置される送電ユニット（コイルユニット）から車両の下面に設けられる受電ユニット（コイルユニット）へ非接触で送電する給電システムを開示する。このような給電システムにおいては、送電ユニットに設けられる整流器やインバータ、フィルタといった電気機器が送電の際に熱を発生するところ、この給電システムでは、これら電気機器の熱を外部（大気中）へ放出するための放熱フィンが送電ユニットに設けられる（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１５４８１５号公報
【特許文献２】特開２０１３−１４６１５４号公報
【特許文献３】特開２０１３−１４６１４８号公報
【特許文献４】特開２０１３−１１０８２２号公報
【特許文献５】特開２０１３−１２６３２７号公報
【特許文献６】特開２０１６−１１５７８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
送電ユニットに種々の電気機器が含まれる場合に、特に発熱の大きい電気機器については、積極的かつ優先的に放熱させる必要がある。また、特許文献６に記載の送電ユニットのように、車両への送電用に地面に設置されて使用される場合には、放熱フィンの上部に車両が乗り上げると、放熱フィンに大きな荷重がかかり損傷する可能性がある。上記の特許文献６では、発熱の大小に応じた放熱性、及び放熱フィンの保護について、特に検討されていない。
【０００５】
本開示は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、地面に設置して用いられ、車両の下面に設けられる受電ユニットへ非接触で送電する送電ユニットにおいて、放熱フィンを設けて効果的な放熱を実現するとともに、車両から受け得る荷重から放熱フィンを適切に保護することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の送電ユニットは、地面に設置して用いられ、車両の下面に設けられる受電ユニットへ非接触で送電する送電ユニットであって、送電装置と、放熱フィンと、カバーとを備える。送電装置は、受電ユニットへ磁界を通じて送電するように構成される。放熱フィンは、送電装置の上方から送電装置を視た場合に送電装置の外周に設けられる。カバーは、放熱フィンの上部を覆うとともに複数のスリットが形成されたスロープ状のカバーである。送電装置は、コイルと、高圧電気機器と、低圧電気機器とを含む。コイルは、受電ユニットへ磁界を通じて送電するように構成される。高圧電気機器は、コイルに供給される電力を生成するように構成される。低圧電気機器は、高圧電気機器が受ける電圧よりも低い電圧を受けて作動する。そして、送電装置内において、高圧電気機器は、低圧電気機器よりも放熱フィンに近い位置に配設される。
【発明の効果】
【０００７】
本開示の送電ユニットにおいては、放熱フィンが設けられる。そして、高圧電気機器は、低圧電気機器よりも発熱が大きいところ、高圧電気機器は、低圧電気機器よりも放熱フィンに近い位置に配設されるので、発熱が大きい高圧電気機器の放熱が促進される。また、放熱フィンの上部に車両が乗り上げると、放熱フィンに大きな荷重がかかり損傷する可能性があるところ、放熱フィンの上部にはスロープ状のカバーが設けられるので、放熱フィンが保護される。さらに、カバーには、複数のスリットが形成されているので、放熱フィンによる放熱がカバーによって阻害されることはない。このように、本開示の送電ユニットによれば、放熱フィンを設けて効果的な放熱を実現するとともに、車両から受け得る荷重から放熱フィンを適切に保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本開示の実施の形態に従う送電ユニットが適用される電力伝送システムの全体図である。
【図２】図１に示す電力伝送システムの電気的な構成を示した図である。
【図３】送電ユニットの外形図である。
【図４】送電ユニットの分解斜視図である。
【図５】アンダーカバー上に基板が配置された状態での基板の平面図である。
【図６】図５中のVI-VI線に沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００１０】
図１は、本開示の実施の形態に従う送電ユニットが適用される電力伝送システムの全体図である。図１を参照して、電力伝送システム１は、車両２と、送電ユニット３とを備える。送電ユニット３は、地面に設置される。
【００１１】
なお、以下では、送電装置６が設置される駐車スペースにおいて、車両２の移動方向をＦ方向及びＢ方向とし、地面に対して上向きをＵ方向、下向きをＤ方向とする。なお、図１では示されていないが、駐車スペースにおける車両２の左右方向をＲ方向及びＬ方向とする。また、以下では、Ｕ方向を単に「上方」や「上面」等と称し、Ｄ方向を単に「下方」や「下面」等と称する場合がある。
【００１２】
車両２は、受電ユニット４と、蓄電装置５とを備える。蓄電装置５は、車両２のフロアパネルの下面に設けられる。受電ユニット４は、蓄電装置５のケースの下面に取付けられる。
【００１３】
送電ユニット３は、送電装置６と、放熱フィン（図示せず）と、カバー７とを含む。送電装置６は、交流電源８（たとえば商用系統電源）から電力の供給を受ける。そして、送電装置６は、車両２の受電ユニット４が送電装置６に対向するように車両２の位置合わせが行なわれた状態において、受電ユニット４へ磁界を通じて非接触で送電するように構成される。
【００１４】
送電ユニット３には、送電装置６から受電ユニット４への送電時に発熱する送電装置６の放熱を行なうための放熱フィンが設けられている。放熱フィンは、送電装置６のＦ方向及びＢ方向に設けられる。そして、放熱フィンの上部を覆うとともにスロープ状に形成されたカバー７が、送電装置６のＦ方向及びＢ方向に設けられている。なお、カバー７には、放熱フィンからの放熱がカバー７によって阻害されないように複数のスリットが形成されている（詳細は後述）。
【００１５】
受電ユニット４は、受電ユニット４が送電装置６に対向するように車両２の位置合わせが行なわれた状態において、送電装置６から磁界を通じて非接触で送電される電力を受電するように構成される。受電ユニット４により受電された電力は、蓄電装置５に蓄えられる。
【００１６】
図２は、図１に示した電力伝送システム１の電気的な構成を示した図である。図２を参照して、送電ユニット３の送電装置６は、電源部２５と、フィルタ回路２４と、共振回路２１と、制御装置３０とを含む。
【００１７】
電源部２５は、力率改善（ＰＦＣ（Power  Factor  Correction））回路２６と、インバータ２７とを含む。ＰＦＣ回路２６は、制御装置３０によって制御され、交流電源８から受ける電力を整流及び昇圧してインバータ２７へ供給するとともに、入力電流を正弦波に近づけることで力率を改善する。ＰＦＣ回路２６には、公知の種々のＰＦＣ回路を採用し得る。
【００１８】
インバータ２７は、制御装置３０によって制御され、ＰＦＣ回路２６から受ける直流電力を、所定の周波数（たとえば数十ｋＨｚ）を有する送電電力（交流）に変換する。インバータ２７は、たとえば単相フルブリッジ回路によって構成される。
【００１９】
フィルタ回路２４は、インバータ２７と共振回路２１との間に設けられ、インバータ２７から発生する高調波ノイズを抑制する。フィルタ回路２４は、たとえば、インダクタ及びキャパシタを含むＬＣ回路によって構成される。
【００２０】
共振回路２１は、コイル２３と、キャパシタ２２とを含む。キャパシタ２２は、コイル２３に直列に接続されてコイル２３と共振器を形成する。コイル２３及びキャパシタ２２によって構成される共振器の共振強度を示すＱ値は、１００以上であることが好ましい。なお、キャパシタ２２は、コイル２３に並列に接続されてもよいし、コイル２３のみで所望の共振状態が形成される場合には、キャパシタ２２を設けなくてもよい。
【００２１】
制御装置３０は、ＰＦＣ回路２６及びインバータ２７を駆動する駆動回路（図示せず）を含んで構成される。制御装置３０は、送電装置６から受電ユニット４への送電時に、所望の送電電力（交流）が生成されるようにＰＦＣ回路２６及びインバータ２７を制御する。なお、制御装置３０は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）やメモリ等を含んで構成されるＥＣＵ（Electronic  Control  Unit）を含んでもよい。
【００２２】
電源部２５のＰＦＣ回路２６及びインバータ２７並びにフィルタ回路２４は、共振回路１１に供給される電力を生成する高圧電気機器である。この高圧電気機器のＰＦＣ回路２６、インバータ２７及びフィルタ回路２４には、送電装置６から受電ユニット４への送電時に、ｋＷレベルの電力が流れる。一方、制御装置３０は、高圧電気機器であるＰＦＣ回路２６やインバータ２７等の動作を制御するための機器であり、高圧電気機器が受ける電圧よりも低い作動電圧（たとえば数１０Ｖ程度）を受けて作動する低圧電気機器である。
【００２３】
一方、車両２は、受電ユニット４と、リレー１５と、蓄電装置５とを含む。受電ユニット４は、共振回路１１と、機器１０とを含む。機器１０は、フィルタ回路１２と、整流回路１４とを含む。
【００２４】
共振回路１１は、コイル１６と、キャパシタ１７とを含む。キャパシタ１７は、コイル１６に直列に接続されてコイル１６と共振器を形成する。コイル１６及びキャパシタ１７によって構成される共振器のＱ値も、１００以上であることが好ましい。なお、キャパシタ１７についても、コイル１６に並列に接続されてもよいし、コイル１６のみで所望の共振状態が形成される場合には、キャパシタ１７を設けなくてもよい。
【００２５】
フィルタ回路１２は、共振回路１１と整流回路１４との間に設けられ、共振回路１１による受電時に発生する高調波ノイズを抑制する。フィルタ回路１２は、たとえば、インダクタ及びキャパシタを含むＬＣ回路によって構成される。整流回路１４は、共振回路１１によって受電された交流電力を整流して蓄電装置５へ出力する。整流回路１４は、整流器とともに平滑用のキャパシタを含んで構成される。
【００２６】
蓄電装置５は、再充電可能な直流電源であり、たとえばリチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池を含んで構成される。蓄電装置５は、受電ユニット４による受電中に整流回路１４から出力される電力を蓄える。そして、蓄電装置５は、その蓄えられた電力を図示しない車両駆動装置（走行モータ等）へ供給する。
【００２７】
リレー１５は、整流回路１４と蓄電装置５との間に設けられる。リレー１５は、受電ユニット４による受電時にオン（導通状態）にされる。リレー１５は、たとえば蓄電装置５のケース内に設けられる。
【００２８】
この電力伝送システム１においては、送電ユニット３において、交流電源８から受ける電力がＰＦＣ回路２６により整流されてインバータ２７に供給される。インバータ２７は、所定の伝送周波数を有する交流電力を生成して共振回路２１へ供給する。共振回路２１及び受電ユニット４の共振回路１１の各々は、コイルとキャパシタとを含み、伝送周波数において共振するように設計されている。インバータ２７から共振回路２１へ交流電力が供給されると、共振回路２１のコイル２３と受電ユニット４のコイル１６との間に形成される磁界を通じて、共振回路２１から共振回路１１へエネルギー（電力）が移動する。そして、共振回路１１へ移動したエネルギー（電力）は、機器１０を通じて蓄電装置５へ供給される。
【００２９】
次に、図３から図６を用いて、本実施の形態に従う送電ユニット３の構成について詳細に説明する。
【００３０】
図３は、送電ユニット３の外形図である。図３を参照して、送電装置６のＦ方向及びＢ方向に送電装置６に沿ってカバー７が設けられている。カバー７の内側には、送電装置６から受電ユニット４（図示せず）への送電時に発熱する送電装置６を放熱させるための放熱フィン（図示せず）が設けられている。
【００３１】
送電ユニット３は地面に設置されて用いられるので、送電装置６上への車両２の駐車時に、送電装置６に車両２が乗り上げる可能性がある。送電装置６に車両２が乗り上げた場合に送電装置６の角部に局所的な大荷重が生じないように、送電装置６のＦ方向及びＢ方向（車両２の移動方向）にスロープを設けることが望ましい。
【００３２】
また、送電装置６から受電ユニット４への送電時には、送電装置６が発熱する。送電装置６の発熱により送電装置６が過熱すると、送電装置６の機能が低下し得る。そのため、送電装置６から受電ユニット４への送電時に送電装置６に生じる熱を、送電装置６の外部へ効果的に逃がす必要がある。
【００３３】
そこで、この実施の形態では、送電装置６の放熱を行なう放熱フィンが送電装置６のＦ方向及びＢ方向に設けられる。そして、放熱フィンの上部に、放熱フィンを保護するとともに送電装置６に車両２が乗り上げる場合のスロープを形成するカバー７が設けられる。放熱フィンの放熱性がカバー７によって阻害されないように、カバー７には、通風かつ放熱用の複数のスリット１２３が形成されている。各スリット１２３は、内部の放熱フィンに人が触れることのないように十分に細く形成されている。
【００３４】
図４は、送電ユニット３の分解斜視図である。図４を参照して、送電ユニット３は、ケース１００と、コイル２３と、フェライト板１１０と、金属板１１１と、基板１１３と、放熱フィン１２１とを含む。コイル２３、フェライト板１１０、金属板１１１、及び基板１１３は、ケース１００に収容される。
【００３５】
ケース１００は、アッパーカバー１０１と、アンダーカバー１０２とを含む。アッパーカバー１０１は、送電ユニット３の上面側に配置され、樹脂等によって形成されている。アンダーカバー１０２は、送電ユニット３の下面側に配置され、アルミニウム又はアルミニウム合金等の金属によって形成されている。
【００３６】
アッパーカバー１０１のＦ方向及びＢ方向の各辺には、上述のカバー７が形成されている。カバー７は、アッパーカバー１０１及びアンダーカバー１０２が組み合わされる場合に、アンダーカバー１０２のＦ方向及びＢ方向の各辺に形成される放熱フィン１２１の上部を覆うように形成されている。
【００３７】
コイル２３は、インサート成形によってアッパーカバー１０１と一体的に形成され、アッパーカバー１０１の上壁１２２内に埋め込まれている。コイル２３は、Ｕ−Ｄ方向に延びる巻回軸の周囲を取り囲むようにコイル線を巻回することで形成されている。コイル２３の中央部には、中空部が形成されている。図４に示す例では、コイル２３に渦巻状の平板コイルが採用されているが、コイル２３としては各種形状のコイルを採用することができる。
【００３８】
フェライト板１１０は、アッパーカバー１０１の上壁１２２の下面に配置される。このフェライト板１１０は、コイル２３のコア（フェライトコア）として設けられる。フェライト板１１０は、長方形の板状に形成されており、コイル載置面１５３と、背面１５２とを含む。コイル載置面１５３側には、コイル２３が配置される。背面１５２側には、金属板１１１、基板１１３等が配置される。
【００３９】
フェライト板１１０は、複数の角部１５９を含む。隣り合う角部１５９の間には、切欠部１５８が形成されている。フェライト板１１０は、４つの角フェライトピース１５５と、２つの辺フェライトピース１５６と、２つの辺フェライトピース１５７とを含む。
【００４０】
４つの角フェライトピース１５５は、間隔をあけて環状に配置されている。各角フェライトピース１５５は、角部１５９を形成している。角フェライトピース１５５の各々は、分割フェライト板１６０，１６１を含む。分割フェライト板１６０，１６１は、フェライト板１１０の中央から角部１５９に向けて延びるように形成されている。
【００４１】
辺フェライトピース１５６は、フェライト板１１０の長手方向に隣り合う角フェライトピース１５５の間に配置されている。辺フェライトピース１５６は、フェライト板１１０の長手方向に配列する複数の分割フェライト板１６２を含む。
【００４２】
辺フェライトピース１５７は、フェライト板１１０の短手方向に隣り合う角フェライトピース１５５の間に配置されている。辺フェライトピース１５７は、複数の分割フェライト板１６３を含む。
【００４３】
そして、角フェライトピース１５５と辺フェライトピース１５７との間、及び角フェライトピース１５５と辺フェライトピース１５６との間に、各切欠部１５８が形成されている。
【００４４】
金属板１１１は、フェライト板１１０の背面１５２側に配置される。金属板１１１は、たとえば、アルミニウム又はアルミニウム合金等の金属によって構成される。金属板１１１は、板状に形成されており、上面１５１及び下面１５０を含む。
【００４５】
基板１１３は、金属板１１１の下面１５０に配置されている。基板１１３は、板状に形成されており、上面１２５及び下面１２４を含む。基板１１３上には、図２に示したＰＦＣ回路２６やインバータ２７、フィルタ回路２４、キャパシタ２２、制御装置３０等が配置されている。基板１１３上における各機器の配置構成については、後ほど詳しく説明する。
【００４６】
アンダーカバー１０２は、基板１１３の下面１２４側に設けられ、アッパーカバー１０１とともにケース１００を構成する。アンダーカバー１０２は、下壁１２０と、放熱フィン１２１とを含む。下壁１２０及び放熱フィン１２１は、アルミニウム又はアルミニウム合金等の金属によって一体的に形成されている。アンダーカバー１０２の下壁１２０の上面に基板１１３が配置される。
【００４７】
放熱フィン１２１は、下壁１２０のＦ方向及びＢ方向の辺に沿って設けられている。放熱フィン１２１が設けられることによって、基板１１３上に設けられる各種電気機器において発生した熱を送電ユニット３の外部へ効果的に逃がすことができる。そして、アッパーカバー１０１及びアンダーカバー１０２によってケース１００が構成される場合に、放熱フィン１２１の上部がアッパーカバー１０１に形成されたカバー７によって覆われる。
【００４８】
図５は、アンダーカバー１０２上に基板１１３が配置された状態での基板１１３の平面図である。図５を参照して、基板１１３上には、共振回路２１のキャパシタ２２、フィルタ回路２４、ＰＦＣ回路２６、インバータ２７、低圧基板３１，３２が設けられている。
【００４９】
キャパシタ２２、フィルタ回路２４、ＰＦＣ回路２６、及びインバータ２７は、コイル２３に供給される電力を生成する高圧電気機器である。低圧基板３１，３２には、制御装置３０や、図示されない各種センサ等が搭載される。低圧基板３１，３２は、上記の高圧電気機器が受ける電圧よりも低い作動電圧（たとえば数１０Ｖ程度）を受けて作動する低圧電気機器である。
【００５０】
高圧電気機器には、送電用の大電流が流れるので、高圧電気機器は、低圧電気機器よりも発熱が大きい。高圧電気機器の発熱により高圧電気機器が過熱すると、送電装置６の機能が低下し得る。そこで、この送電ユニット３においては、基板１１３上において、高圧電気機器であるキャパシタ２２、フィルタ回路２４、ＰＦＣ回路２６、及びインバータ２７が、低圧電気機器である低圧基板３１，３２よりも放熱フィン１２１に近い位置に配設される。具体的には、基板１１３上において、キャパシタ２２、フィルタ回路２４、ＰＦＣ回路２６、及びインバータ２７は、放熱フィン１２１の近傍に配設される一方、低圧基板３１，３２は、基板１１３のＦ方向及びＢ方向の中央部近傍に配設される。これにより、発熱が大きい高圧電気機器から放熱フィン１２１を通じて送電ユニット３の外部へ優先的かつ効果的に熱を逃がすことができる。
【００５１】
図６は、図５中のVI-VI線に沿った断面図である。なお、この図６では、アッパーカバー１０１及びカバー７も示されている。図６を参照して、カバー７は、放熱フィン１２１の上部を覆うように形成され、カバー７には、通風用のスリット１２３が形成されている。このようなスリット１２３が形成されることにより、放熱フィン１２１は、カバー７によって保護されつつ、送電ユニット３の外部の大気によって空冷される。
【００５２】
以上のように、この実施の形態においては、放熱フィン１２１が設けられる。そして、キャパシタ２２、フィルタ回路２４、ＰＦＣ回路２６、インバータ２７等の高圧電気機器は、制御装置３０等の低圧電気機器よりも発熱が大きいところ、高圧電気機器は、低圧電気機器よりも放熱フィン１２１に近い位置に配設されるので、発熱が大きい高圧電気機器の放熱が促進される。また、放熱フィン１２１の上部に車両２が乗り上げると、放熱フィン１２１に大きな荷重がかかり損傷する可能性があるところ、放熱フィン１２１の上部にはスロープ状のカバー７が設けられるので、放熱フィン１２１が保護される。さらに、カバー７には、複数のスリット１２３が形成されているので、放熱フィン１２１による放熱がカバー７によって阻害されることはない。このように、本実施の形態によれば、放熱フィン１２１を設けて効果的な放熱を実現するとともに、車両２から受け得る荷重から放熱フィン１２１を適切に保護することができる。
【００５３】
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、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及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。
【符号の説明】
【００５４】
１  電力伝送システム、２  車両、３  送電ユニット、４  受電ユニット、５  蓄電装置、６  送電装置、７  カバー、８  交流電源、１０  機器、１１，２１  共振回路、１２，２４  フィルタ回路、１４  整流回路、１５  リレー、１６，２３  コイル、１７，２２  キャパシタ、２５  電源部、２６  ＰＦＣ回路、２７  インバータ、３０  制御装置、３１，３２  低圧基板、１００  ケース、１０１  アッパーカバー、１０２  アンダーカバー、１１０  フェライト板、１１１  金属板、１１３  基板、１２０  下壁、１２１  放熱フィン、１２２  上壁、１２４，１５０，１５２  下面、１２５，１５１，１５３  上面、１５５  角フェライトピース、１５６，１５７  辺フェライトピース、１５８  切欠部、１５９  角部、１６０〜１６３  分割フェライト板。
【図１】
2019030150.tif 000003
【図２】
2019030150.tif 000004
【図３】
2019030150.tif 000005
【図４】
2019030150.tif 000006
【図５】
2019030150.tif 000007
【図６】
2019030150.tif 000008