(57)【要約】【課題】コイルユニット内の発熱を抑制できるコイルユニット及びそれを有する給電システムを提供する。【解決手段】受電ユニット３２は、受電側コンデンサ体３４の回路基板３４ａと引出線３３ｃ及び引出線３４ｃとを締結する一部のねじ体３６並びに引出線３３ｄ及び引出線３４ｃと一対のリード線３７、３７とを締結する他の一部のねじ体３６を有している。これら複数のねじ体３６が、銅又はアルミニウムを含んで構成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非接触による電力の送受に用いられるコイルユニットにおいて、
コイルと、
回路基板を有する基板体と、
前記基板体の前記回路基板と配線とを締結する締結部材及び配線同士を締結する締結部材のうちの少なくとも一方の締結部材と、を有し、
前記締結部材が、銅又はアルミニウムを含んで構成されていることを特徴とするコイルユニット。
【請求項２】
前記締結部材が、前記回路基板における前記コイルから離れた側の縁部と前記配線とを締結するように設けられていることを特徴とする請求項１に記載のコイルユニット。
【請求項３】
前記締結部材が、前記回路基板と前記配線とを締結することにより当該回路基板の両面の配線パターンが電気的に接続されるように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のコイルユニット。
【請求項４】
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、
前記給電部及び前記受電部のうちの少なくとも一方が、請求項１〜３のいずれか一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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力の送受に用いられるコイルユニット、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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
例えば、特許文献１に開示されている給電システムでは、給電施設において地面に設置される給電部と、車両の下面に取付けられる受電部とを有している。このような給電システムにおいて、給電部と受電部とのそれぞれは、コイルを有するコイルユニットを備えている。給電部のコイルユニットと受電部のコイルユニットとを対向配置して、非接触による電力伝送を実現している。
【０００４】
コイルユニットは、コイルの他にも、例えば、回路基板と当該回路基板に実装された複数のコンデンサとを有する基板体などを有している。また、コイルユニットは、コイル及びこの基板体を収容するケースを備えている。基板体は、ケース内にコイルに隣接して収容され、コイルから引き出された引出線と回路基板に設けられた端子とがねじにより締結されて接続されることで、コイルとともに共振回路を形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−９０４７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、コイルの引出線と基板体の回路基板とを締結するねじとして、締結強度確保等の関係から鉄製又はステンレス製のねじが用いられるところ、基板体はコイルに隣接して配置されていることからコイルの磁束がねじを通過して渦電流が生じ、この渦電流が上記ねじの有する電気抵抗により消費されて発熱してしまう問題があった。また、ケースと回路基板とを締結して固定するねじなどにおいても同様であった。そして、ケース内のねじの発熱により、コイルユニットの温度上昇を促進してしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は、かかる問題を解決することを目的としている。即ち、本発明は、コイルユニット内の発熱を抑制できるコイルユニット及びそれを有する給電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載された発明は、上記目的を達成するために、非接触による電力の送受に用いられるコイルユニットにおいて、コイルと、回路基板を有する基板体と、前記基板体の前記回路基板と配線とを締結する締結部材及び配線同士を締結する締結部材のうちの少なくとも一方の締結部材と、を有し、前記締結部材が、銅又はアルミニウムを含んで構成されていることを特徴とするコイルユニットである。
【０００９】
請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記締結部材が、前記回路基板における前記コイルから離れた側の縁部と前記配線とを締結するように設けられていることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項３に記載された発明は、請求項１又は２に記載された発明において、前記締結部材が、前記回路基板と前記配線とを締結することにより当該回路基板の両面の配線パターンが電気的に接続されるように構成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項４に記載された発明は、上記目的を達成するために、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、前記給電部及び前記受電部のうちの少なくとも一方が、請求項１〜３のいずれか一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である。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１、４に記載された発明によれば、基板体の回路基板と配線とを締結する締結部材及び配線同士を締結する締結部材のうちの少なくとも一方の締結部材を有し、この締結部材が、銅又はアルミニウムを含んで構成されている。このようにしたことから、例えば、鉄製やステンレス製の締結部材に比べて、締結部材の電気抵抗を低減することができる。そのため、コイルの磁束が締結部材を通過して渦電流が生じた場合でも、この渦電流による締結部材の発熱を抑えることができる。したがって、コイルユニット内の発熱を抑制できる。
【００１３】
請求項２に記載された発明によれば、締結部材が、回路基板におけるコイルから離れた側の縁部と配線とを締結するように設けられている。このようにしたことから、コイルから離れることにより磁束が弱まり、締結部材に生じる渦電流が小さくなる。そのため、この渦電流による締結部材の発熱をより抑えることができる。
【００１４】
請求項３に記載された発明によれば、締結部材が、回路基板と配線とを締結することにより当該回路基板の両面の配線パターンが電気的に接続されるように構成されている。このようにしたことから、回路基板の両面の配線パターンを電気的に接続するスルーホールにおいてもコイルの磁束による渦電流が生じて発熱することがあるところ、スルーホールを削減することができるので、発熱をより抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】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】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】図２の受電ユニットの分解斜視図である。
【図４】図２の受電ユニットが有する受電側コンデンサ体の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
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の受電ユニットの分解斜視図である。図４は、図２の受電ユニットが有する受電側コンデンサ体の断面図である。
【００１８】
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。
【００１９】
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、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、エンジンの排気ガスを排出する排気管ＥＸと、を備えている。図２において、左側が車両Ｖの前方である。
【００２０】
給電装置２０は、高周波電源２１と、給電ユニット２２と、整合器２７と、制御部２８と、を備えている。
【００２１】
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。
【００２２】
給電ユニット２２は、給電側コイル２３と、給電側コンデンサ体２４とを有している。これら給電側コイル２３と給電側コンデンサ体２４とは、例えば、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）などの磁気を通すことが可能な材料で構成された給電側ケース２５に収容されている。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。
【００２３】
給電側コイル２３は、例えば、図示しないフェライト製のコアにリッツ線（複数のエナメル被覆の細線を編み上げた導線）がコイル状に巻き付けられて構成されている。給電側コンデンサ体２４は、図示しない回路基板に互いに直列若しくは並列、又は直列及び並列に接続されて実装された複数の図示しないコンデンサを有している。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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
受電ユニット３２は、図３に示すように、コイルとしての受電側コイル３３と、基板体としての受電側コンデンサ体３４と、これらを収容するケースとしての箱形の受電側ケース３５と、締結部材としての複数のねじ体３６と、を有している。
【００２８】
受電側コイル３３は、矩形平板状のフェライト製のコア３３ａと、コア３３ａにコイル状に巻き付けられたリッツ線からなるコイル線３３ｂと、を有している。
【００２９】
受電側コンデンサ体３４は、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回路基板３４ａと、回路基板３４ａの表面に実装され、互いに直列若しくは並列、又は直列及び並列に接続された複数のセラミックコンデンサ３４ｂと、を有している。
【００３０】
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。
【００３１】
受電側ケース３５は、本体部３５ａと蓋部３５ｂとに分割可能に形成されている。本体部３５ａは、例えば、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３５ｂは、例えば、アルミニウム又はアルミニウム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。または、蓋部３５ｂも本体部３５ａと同様にＦＲＰなどの樹脂製とし、蓋部３５ｂの上方に銅やアルミニウムからなる磁気シールド板等を配置してもよい。受電側ケース３５は、本体部３５ａと蓋部３５ｂ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、内側に受電側コイル３３及び受電側コンデンサ体３４を収容する空間Ｋを形成する。本実施形態では、空間Ｋにおいて、受電側コイル３３及び受電側コンデンサ体３４は、水平方向に並べて配置されている。また、受電側ケース３５は、蓋部３５ｂが車両Ｖの下面側、本体部３５ａが地面Ｇ側となるように車両Ｖの下面に取付けられる。
【００３２】
複数のねじ体３６は、例えば、銅（銅合金含む）又はアルミニウム（アルミニウム合金含む）を材料として形成されており、即ち、銅又はアルミニウムを含んで構成されており、鉄やステンレスに比べて電気抵抗が低くなっている。本明細書において「銅又はアルミニウムを含んで構成されている」とは、主成分として銅又はアルミニウムを含むことを意味する。複数のねじ体３６は、図４に示すように、互いに螺合するボルト３６ａとナット３６ｂとを有している。
【００３３】
複数のねじ体３６のうちの一部のねじ体３６は、回路基板３４ａにおける受電側コイル３３から離れた側（図４左側）の端部において、受電側コイル３３の一方の引出線３３ｃの端部及び受電側コンデンサ体３４の引出線３４ｃの一端部と、回路基板３４ａとを締結している。これにより、引出線３３ｃ及び引出線３４ｃと回路基板３４ａの配線パターンとが電気的に接続される。
【００３４】
また、これら一部のねじ体３６は、ボルト３６ａが引出線３４ｃ（具体的には端子金具）を介して回路基板３４ａの一方の面（図４上方を向く面）の配線パターンと電気的に接続され、ナット３６ｂが回路基板３４ａの他方の面（図４下方を向く面）の配線パターンと電気的に接続される。これにより、ねじ体３６を介して回路基板３４ａの両方の表面の配線パターンが電気的に接続される。
【００３５】
また、複数のねじ体３６のうちの他の一部のねじ体３６は、受電側コイル３３の他方の引出線３３ｄの端部及び受電側コンデンサ体３４の引出線３４ｃの他端部と、受電側ケース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３７、３７と、を締結している。これにより、引出線３３ｄ及び引出線３４ｃと一対のリード線３７、３７とが電気的に接続される。引出線３３ｃ、３３ｄ、引出線３４ｃ、及び、一対のリード線３７、３７は、配線の一例である。
【００３６】
本実施形態において、受電ユニット３２は、回路基板３４ａと引出線３３ｃ及び引出線３４ｃとを締結するねじ体を２つ有し（即ち、一部のねじ体３６）、引出線３３ｄ及び引出線３４ｃと一対のリード線３７、３７とを締結するねじ体３６を２つ有している（即ち、他の一部のねじ体３６）。
【００３７】
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。
【００３８】
上述した給電システム１は、給電施設において、駐車した車両Ｖの動力用バッテリＢＡＴＴの充電操作が入力されて車両Ｖへの電力伝送の要求が発生すると、制御部２８が、高周波電源２１をオンして高周波電力を生成する。そして、この高周波電力が給電ユニット２２に供給されると、給電ユニット２２と受電ユニット３２とが磁界共鳴して、給電ユニット２２から高周波電力が伝送されて、当該高周波電力が受電ユニット３２で受電される。受電ユニット３２で受電された高周波電力は、整流器３８で直流電力に変換されて、車両Ｖの充電ユニットに供給され、この充電ユニットにより動力用バッテリＢＡＴＴが充電される。
【００３９】
次に、上述した給電システム１における作用について説明する。
【００４０】
車両Ｖの動力用バッテリＢＡＴＴの充電の際に、給電ユニット２２から高周波電力が伝送されて当該高周波電力が受電ユニット３２で受電される。このとき、受電ユニット３２の受電側コイル３３の周囲に磁界が発生して、磁束が引出線３３ｃ及び引出線３４ｃと回路基板３４ａとを締結する一部のねじ体３６を通り抜けて渦電流を生じるが、一部のねじ体３６の電気抵抗が低いため渦電流による発熱は小さいものとなる。また、引出線３３ｄ及び引出線３４ｃと一対のリード線３７、３７とを締結する他の一部のねじ体３６においても同様である。
【００４１】
以上より、本実施形態によれば、受電側コンデンサ体３４の回路基板３４ａと引出線３３ｃ及び引出線３４ｃとを締結する一部のねじ体３６並びに引出線３３ｄ及び引出線３４ｃと一対のリード線３７、３７とを締結する他の一部のねじ体３６を有している。これら複数のねじ体３６が、銅又はアルミニウムを含んで構成されている。このようにしたことから、例えば、鉄製やステンレス製のねじ体に比べて、ねじ体３６の電気抵抗を低減することができる。そのため、受電側コイル３３の磁束がこれら複数のねじ体３６を通過して渦電流が生じた場合でも、この渦電流による複数のねじ体３６の発熱を抑えることができる。したがって、受電ユニット３２内の発熱を抑制できる。これにより、受電側コイル３３の抵抗値増加により電力の伝送効率が低下したり、コンデンサの温度が使用温度上限値を超えてしまったりすることを抑制できる。
【００４２】
また、一部のねじ体３６が、回路基板３４ａにおける受電側コイル３３から離れた側の縁部と引出線３３ｃ及び引出線３４ｃとを締結するように設けられている。このようにしたことから、受電側コイル３３から離れることにより磁束が弱まり、一部のねじ体３６に生じる渦電流が小さくなる。そのため、この渦電流による一部のねじ体３６の発熱をより抑えることができる。
【００４３】
また、一部のねじ体３６が、回路基板３４ａと引出線３３ｃ及び引出線３４ｃとを締結することにより当該回路基板３４ａの両面の配線パターンが電気的に接続されるように構成されている。このようにしたことから、回路基板３４ａの両面の配線パターンを電気的に接続するスルーホールにおいても受電側コイル３３の磁束による渦電流が生じて発熱することがあるところ、スルーホールを削減することができるので、発熱をより抑えることができる。
【００４４】
以上、本発明について、好ましい実施形態を挙げて説明したが、本発明のコイルユニット及び給電システムは上記実施形態の構成に限定されるものではない。
【００４５】
例えば、上述した実施形態の給電ユニット２２の構成を上記受電ユニット３２と同様にして、給電側コンデンサ体２４の回路基板と配線とを締結するねじ体及び配線同士を締結するねじ体について、銅又はアルミニウムを含んで電気抵抗を低くした構成としてもよい。この場合、給電ユニット２２が、コイルユニットの一例となる。
【００４６】
また、上述した実施形態では、受電側コンデンサ体３４の回路基板３４ａと引出線３３ｃ及び引出線３４ｃとを締結する一部のねじ体３６並びに引出線３３ｄ及び引出線３４ｃと一対のリード線３７、３７とを締結する他の一部のねじ体３６の両方について、銅又はアルミニウムを含む構成としていたが、これに限定されるものではなく、例えば、いずれか一方のねじ体３６について、受電側コイル３３から離れて配置されており渦電流による発熱が小さい場合などは、銅又はアルミニウム以外の材料で構成してもよい。
【００４７】
また、上述した実施形態では、締結部材として、ボルト３６ａとナット３６ｂとを有するねじ体３６を有する構成であったが、これに限定されるものではなく、例えば、締結部材として、リベットなどを有する構成とするなど、回路基板と配線とを締結したり配線同士を締結したりすることができるものであれば、本発明の目的に反しない限り、締結部材の構成は任意である。
【００４８】
上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、当業者は、従来公知の知見に従い、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。かかる変形によってもなお本発明のコイルユニット及び給電システムの構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４９】
１          給電システム
２０        給電装置（給電部）
２２        給電ユニット
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）
３３ａ      コア
３３ｂ      コイル線
３３ｃ、３３ｄ    引出線（配線）
３４        受電側コンデンサ体（基板体）
３４ａ      回路基板
３４ｂ      セラミックコンデンサ
３４ｃ      引出線（配線）
３５        受電側ケース
３６        ねじ体（締結部材）
３７        リード線（配線）
Ｇ          地面
Ｖ          車両
【図１】
2015153891.tif 000003
【図２】
2015153891.tif 000004
【図３】
2015153891.tif 000005
【図４】
2015153891.tif 000006