特許 6443358 コイルユニット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6443358

(24)【登録日】2018年12月7日

(45)【発行日】2018年12月26日

(54)【発明の名称】コイルユニット

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/27 20160101AFI20181217BHJP

   H01F 38/14 20060101ALI20181217BHJP

   H02J 50/70 20160101ALI20181217BHJP

   B60L 11/18 20060101ALI20181217BHJP

   B60L 5/00 20060101ALI20181217BHJP

【ＦＩ】

   H02J50/27

   H01F38/14

   H02J50/70

   B60L11/18 C

   B60L5/00 B

【請求項の数】1

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2016-26083(P2016-26083)

(22)【出願日】2016年2月15日

(65)【公開番号】特開2017-147789(P2017-147789A)

(43)【公開日】2017年8月24日

【審査請求日】2018年3月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】土井 大我

【審査官】 田中 寛人

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１６／１６２９６４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１５／１２９９１５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１５−１６４１５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０４６５４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−００１９４０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ ５０／００−５０／９０

Ｂ６０Ｌ １／００− ３／１２

Ｂ６０Ｌ ７／００−１３／００

Ｂ６０Ｌ １５／００−１５／４２

Ｂ６０Ｌ ５／００

Ｈ０１Ｆ ３８／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

板状に形成されると共に厚さ方向に配列する第１主表面および第２主表面を含むフェライト板と、
前記第１主表面に配置されたコイルと、
板状に形成されると共に厚さ方向に配列する第３主表面および第４主表面を含み、前記第３主表面が前記第２主表面に配置されるように設けられている金属板と、
前記金属板の前記第４主表面に設けられたフィルタと、
を備え、
前記フェライト板は、前記第２主表面に形成されると共に前記フェライト板の厚さ方向に突出する第１突出部および第２突出部とを含み、
前記金属板には、前記第１突出部が挿入される第１スリットと、前記第２突出部が挿入される第２スリットとが形成されており、
前記フィルタは、コアと、前記コアに装着されたフィルタコイルとを含み、
前記コアは、天板部と、前記天板部に接続された第１壁部および第２壁部を含み、
前記第１壁部は、前記第１スリットから突出する前記第１突出部に配置され、前記第２壁部は、前記第２スリットから突出する前記第２突出部に配置されており、
前記フィルタコイルは、前記第２壁部または前記第２突出部の周囲を取り囲むように配置された、コイルユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願発明は、コイルユニットに関し、特に、非接触充電システムに搭載されるコイルユニットに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１〜５に開示されているように、受電装置に非接触で電力を送電する送電装置や、送電装置から非接触で電力を受電する受電装置が知られている。

【0003】

特許文献６（特開２００８−１２０２３９号公報）に記載された送電装置は、送電側コイルユニットを含み、受電装置は、受電側コイルユニットを含む。各コイルユニットは、コイルと、コイルが装着されたフェライト板とを含む。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【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２００８−１２０２３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

一般的に、送電コイルには、周波数変換器が接続される。周波数変換器は複数のスイッチング素子を含み、スイッチング動作によって送電電力にノイズが含まれ易くなっている。受電装置においては、送電電力に含まれるノイズを受信し、その後、整流器などの機器においてノイズが反射され、受電コイルから外部に放射される場合がある。

【0006】

そこで、送電装置のコイルユニットにおいて、送電コイルに接続されたフィルタを接続し、さらに、受電装置のコイルユニットにおいて、受電コイルに接続されたフィルタを接続する場合がある。

【0007】

フィルタは、コアと、このコアに装着されたフィルタコイルとを含む。ここで、フィルタをフェライト板上に配置して、フェライト板をフィルタの一部として活用することで、装置の小型化を図ることが考えられる。

【0008】

しかし、フェライト板をフィルタの一部として兼用すると、フェライト板に流れる磁束量が多くなり、フェライト板の温度が高くなる。

【0009】

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、フェライト板にフィルタを配置したコイルユニットにおいて、フェライト板の放熱性が確保されたコイルユニットを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明に係るコイルユニットは、板状に形成されると共に厚さ方向に配列する第１主表面および第２主表面を含むフェライト板と、第１主表面に配置されたコイルと、板状に形成されると共に厚さ方向に配列する第３主表面および第４主表面を含み、第３主表面が第２主表面に配置されるように設けられている金属板と、金属板の第４主表面に設けられたフィルタとを備える。上記フェライト板は、第２主表面に形成されると共にフェライト板の厚さ方向に突出する第１突出部および第２突出部とを含む。上記金属板には、第１突出部が挿入される第１スリットと、第２突出部が挿入される第２スリットとが形成されている。上記フィルタは、コアと、コアに装着されたフィルタコイルとを含む。上記コアは、天板部と、天板部に接続された第１壁部および第２壁部を含む。上記第１壁部は、第１スリットから突出する第１突出部に配置され、第２壁部は、第２スリットから突出する第２突出部に配置されている。上記フィルタコイルは、前記第２壁部または前記第２突出部の周囲を取り囲むように配置されている。

【0011】

上記のコイルユニットによれば、第１突出部および第２突出部間にも金属板が配置されており、フェライト板からの熱は金属板に良好に伝達され、フェライト板を良好に冷却することができる。

【発明の効果】

【0012】

本発明に係るコイルユニットによれば、フェライト板にフィルタを配置したコイルユニットにおいても、フェライト板の放熱性を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】非接触充電システム１を模式的に示す模式図である。

【図2】非接触充電システム１を模式的に示す電気回路図である。

【図3】受電装置１０を示す分解斜視図である。

【図4】図３におけるＩＶ−ＩＶ線における断面図である。

【図5】比較例の受電装置１０Ａを示す分解斜視図である。

【図6】受電装置１０Ａにおいて、フィルタ２８Ａおよびその周囲の構成を示す断面図である。

【図7】複数の位置で受電装置１０のコイルユニット１２と、受電装置１０Ａのコイルユニット１２Ａとの温度比較の結果を示すグラフである。

【図8】実施の形態に係るコイルユニット１２の変形例を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

図１などを用いて、本実施の形態に係る非接触充電システム１について説明する。図１に示すように、非接触充電システム１は、受電装置１０および蓄電装置１５を含む車両２と、受電装置１０に非接触で電力を送電する送電装置２０とを備える。

【0015】

図２は、非接触充電システム１を模式的に示す電気回路図である。図２に示すように、受電装置１０は、コイルユニット１２と、コイルユニット１２に接続されたフィルタ２８と、フィルタ２８に接続された整流器１１と、整流器１１に接続された蓄電装置１５とを含む。

【0016】

コイルユニット１２は、受電コイル１６と、受電コイル１６に直列に接続されたコンデンサ１７とを含む。フィルタ２８は、コンデンサ１７に接続されたフィルタコイル１３と、受電コイル１６に接続されたフィルタコイル１４とを含む。

【0017】

送電装置２０は、コイルユニット２２と、コイルユニット２２に接続されたフィルタ２９と、フィルタ２９に接続された変換器２１とを含む。変換器２１は、電源２３に接続されている。コイルユニット２２は、送電コイル２６と、送電コイル２６に直列に接続されたコンデンサ２７とを含む。フィルタ２９は、コンデンサ２７に接続されたフィルタコイル２４と、送電コイル２６に接続されたフィルタコイル２５とを含む。

【0018】

変換器２１は、電源２３から供給される交流電力の周波数および電圧を調整して、フィルタ２９に供給する。フィルタ２９は、変換器２１から供給される交流電力のノイズを除去して、コイルユニット２２に供給する。

【0019】

コイルユニット１２は、コイルユニット２２から非接触で電力を受電する。フィルタ２８は、コイルユニット１２から供給される電力からノイズを除去して、整流器１１に供給する。整流器１１は、供給された交流電力を直流電力に変換して、蓄電装置１５に供給する。

【0020】

図３は、受電装置１０を示す分解斜視図である。図３においては、コンデンサ１７や整流器１１は図示されていない。図３に示すように、受電装置１０は、コイルユニット１２と、コイルユニット１２上に配置された金属板１８と、フィルタ２８と、筐体３０とを含む。

【0021】

筐体３０は、フィルタ２８と、金属板１８と、コイルユニット１２と、図示しない整流器１１およびコンデンサ１７を内部に収容する。

【0022】

筐体３０は、下方に向けて開口する開口部が形成された金属ケース３１と、金属ケース３１の開口部を閉塞するように設けられた樹脂蓋３２とを含む。金属ケース３１は、アルミニウムなどの金属によって形成されている。

【0023】

コイルユニット１２は、板状に形成されたフェライト板３３と、受電コイル１６とを含む。受電コイル１６は中空状の渦巻き型コイルである。受電コイル１６は、上下方向に延びる巻回軸線Ｏ２の周囲を取り囲むように形成されている。

【0024】

フェライト板３３は板状に形成されており、中央に中空部が形成されている。フェライト板３３は、厚さ方向に配列する下面（第１主表面）３５および上面（第２主表面）３６を含む。下面３５に受電コイル１６が配置されており、上面３６には、金属板１８およびフィルタ２８が配置されている。

【0025】

フェライト板３３は、複数の分割フェライト３４を含む。フェライト板３３は、複数の角部３７を含み、角部３７間の辺部には、切欠部３８が形成されている。分割フェライト３４は、受電コイル１６の径方向に延びるように形成されている。

【0026】

複数の分割フェライト３４のうち、１つの分割フェライト３４Ａには、突出部４０，４１，４２が形成されている。突出部４０，４１，４２は、上面３６に形成されており、突出部４０，４１，４２は、上面３６からフェライト板３３の厚さ方向に突出するように形成されている。

【0027】

金属板１８は、板状に形成されており、たとえば、アルミニウムなどの金属から形成されている。金属板１８は、金属板１８の厚さ方向に配列する下面（第３主表面）４７と、上面（第４主表面）４８とを含む。

【0028】

金属板１８は、フェライト板３３の上面３６に配置されており、フェライト板３３の上面３６に金属板１８の下面４７が配置されている。

【0029】

金属板１８は、フェライト板３３よりも大きく、フェライト板３３および金属板１８よりも上方から金属板１８およびフェライト板３３を平面視すると、フェライト板３３は、金属板１８に隠れる。

【0030】

金属板１８には、スリット４４，４５，４６が形成されている。スリット４４，４５，４６に突出部４０，４１，４２が挿入される。

【0031】

フィルタ２８は、コア５０と、コア５０に装着されたフィルタコイル１３，１４とを含む。コア５０は、天板部５１と、天板部５１の外周縁部に接続されると共に互いに対向する側壁部５２および側壁部５４とを含む。側壁部５２（第１壁部）および側壁部５４は、受電コイル１６の径方向に対して垂直な方向に配列する。

【0032】

図４は、図３におけるＩＶ−ＩＶ線における断面図である。図４に示すように、コア５０は、天板部５１の下面から下方に向けて突出する中央壁部（第２壁部）５３を含む。中央壁部５３は、側壁部５２および側壁部５４の間に配置されている。

【0033】

突出部４０は、スリット４４を通り抜けて、金属板１８の上面４８よりも上方に突出している。同様に、突出部４１，４２は、スリット４５，４６を通り、上面４８よりも上方に突出している。

【0034】

コア５０の側壁部５２は、突出部４０の上面に配置されており、側壁部５４は、突出部４２の上面に配置されている。中央壁部５３は、突出部４１の上方に位置しており、中央壁部５３の下面と、突出部４１の上面との間にはギャップが形成されている。

【0035】

フィルタコイル１３およびフィルタコイル１４は、中央壁部５３または突出部４１の周囲を取り囲むように配置されている。フィルタコイル１３，１４は、渦巻き型コイルであり、フィルタコイル１３，１４は、上下方向に延びる巻回軸線Ｏ３の周囲を取り囲むように形成されている。

【0036】

金属ケース３１は、天板部５５と、天板部５５の下面に形成された区画壁５６，５７とを含む。天板部５５、区画壁５６および区画壁５７によって形成された空間内にフィルタ２８が配置されている。

【0037】

金属板１８は、上面３６に配置されており、金属ケース３１の区画壁５６の下端部は、金属板１８の上面４８に接触しており、区画壁５７の下端部も上面４８に接触するように配置されている。

【0038】

送電装置２０から受電装置１０に非接触で電力を送電する際には、コイルユニット２２に交流電力が供給され、送電コイル２６の周囲に磁束が発生する。

【0039】

当該磁束が送電コイル２６と鎖交することで、コイルユニット１２が電力を受電する。コイルユニット１２が受電した交流電力は、フィルタ２８に供給され、フィルタコイル１３，１４に交流電流が流れる。このように、受電時には、受電コイル１６およびフィルタコイル１３，１４に交流電流が流れる。

【0040】

図４において、受電コイル１６に交流電流が流れると、分割フェライト３４Ａ内にも受電コイル１６の周囲に形成される磁束ＭＦ１が流れる。また、フィルタコイル１３，１４に交流電流が流れると、フィルタコイル１３，１４の周囲にも磁束ＭＦ２が形成される。

【0041】

磁束ＭＦ１は、主に、受電コイル１６の径方向に進み、この図４においては、紙面の表裏面方向に進む。

【0042】

磁束ＭＦ２は、突出部４１と、中央壁部５３と、天板部５１と、側壁部５２と、突出部４０と、突出部４１とを通る磁気経路、または、突出部４１と、中央壁部５３と、天板部５１と、側壁部５４と、突出部４２と、突出部４１とを通る磁気経路の一方を通るように流れる。

【0043】

このように、分割フェライト３４Ａには、磁束ＭＦ１および磁束ＭＦ２が流れる。複数の分割フェライト３４のうち、分割フェライト３４Ａ以外の分割フェライト３４においては、磁束ＭＦ２は殆ど流れない。

【0044】

分割フェライト３４Ａ内を流れる磁束量が多いため、分割フェライト３４Ａ内で生じる鉄損は、他の分割フェライト３４内で生じる鉄損よりも大きい。このため、分割フェライト３４Ａは、他の分割フェライト３４よりも温度が高くなり易い。

【0045】

分割フェライト３４Ａの上面３６には、金属板１８が配置されている。金属板１８には、スリット４４，４５，４６が形成されている一方で、スリット４４，４５，４６の開口面積は、フィルタ２８の設置面積よりも小さい。

【0046】

そして、分割フェライト３４Ａの上面３６のうち、突出部４１および突出部４０の間に位置する部分と、突出部４１および突出部４２の間に位置する部分にも、金属板１８が配置されている。

【0047】

このため、分割フェライト３４Ａの上面３６と、金属板１８の下面４７との接触面積は広く、分割フェライト３４Ａの熱は、金属板１８に良好に伝達される。金属板１８に伝達された熱は、区画壁５６，５７を通して、金属ケース３１に伝達される。

【0048】

金属ケース３１は外部に露出しており、金属ケース３１に伝達された熱は外気に放熱される。金属ケース３１が車両２のフロアパネルに配置されている場合には、フロアパネルにも放熱される。

【0049】

また、蓄電装置１５がフロアパネルの下面に配置されており、この蓄電装置１５の下面に受電装置１０が配置されている場合には、蓄電装置１５に金属ケース３１の熱が放熱される。

【0050】

このように、本実施の形態に係る受電装置１０によれば、分割フェライト３４Ａの熱を良好に放熱することができる。

【0051】

次に、本実施の形態に係る受電装置１０と、比較例に係る受電装置１０Ａとの放熱性について比較する。図５は、比較例の受電装置１０Ａを示す分解斜視図である。この図５に示すように、受電装置１０Ａにおいては、分割フェライト３４Ｂに突出部４０〜４２が設けられていない。また、金属板１８Ａには、スリット４４，４５，４６に替えて、穴部６０が形成されている。穴部６０の開口面積は、スリット４４，４５，４６の開口面積やフィルタ２８の設置面積よりも広い。受電装置１０Ａにおいては、穴部６０にフィルタ２８Ａが挿入されている。

【0052】

図６は、受電装置１０Ａにおいて、フィルタ２８Ａおよびその周囲の構成を示す断面図である。図６に示すように、フィルタ２８Ａは、コア５０Ａと、コア５０Ａに装着されたフィルタコイル１３，１４とを含む。

【0053】

コア５０Ａは、天板部５１Ａと、天板部５１Ａの側辺部に接続された側壁部５２Ａ，５４Ａと、天板部５１Ａの下面に形成された中央壁部５３Ａとを含む。側壁部５２Ａ，５４Ａの下端部は、分割フェライト３４Ｂの上面と接触している。

【0054】

分割フェライト３４Ｂの上面にフィルタ２８Ａが配置されている一方で、分割フェライト３４Ｂの上面には、金属板１８Ａの穴部６０が位置している。このため、分割フェライト３４Ｂの上面のうち、フィルタ２８Ａが配置されている部分においては、金属板１８Ａは配置されていない。

【0055】

このため、図３および図５に示すように、金属板１８と分割フェライト３４Ａとの接触面積は、金属板１８Ａと、分割フェライト３４Ｂとの接触面積よりも広い。

【0056】

この受電装置１０Ａにおいても、分割フェライト３４Ｂには、磁束ＭＦ１および磁束ＭＦ２が流れる。分割フェライト３４Ｂで生じた熱は、金属板１８Ａに伝達される一方で、分割フェライト３４Ｂと金属板１８Ａとの接触面積は小さいため、分割フェライト３４Ｂの放熱性は、受電装置１０の分割フェライト３４Ａの放熱性よりも悪い。

【0057】

図７は、複数の位置で受電装置１０のコイルユニット１２と、受電装置１０Ａのコイルユニット１２Ａとの温度比較の結果を示すグラフである。

【0058】

図７に示すグラフの縦軸は温度を示し、横軸のＰ１〜Ｐ１２は、温度測定位置を示す。「Ｐ３」は、フィルタの直下における分割フェライトの温度を示す。また、斜線のハッチングが入ったグラフが比較例に係るコイルユニット１２Ａの温度であり、ハッチングが入っていないグラフが実施の形態に係るコイルユニット１２の温度である。

【0059】

この図７からも明らかなように、殆どの観測位置においてコイルユニット１２の方がコイルユニット１２Ａよりも温度が低く、また、コイルユニット１２Ａの方が温度が低い測定位置においても、コイルユニット１２Ａの温度とコイルユニット１２の温度との差は殆どないことが分かる。

【0060】

すなわち、本実施の形態に係るコイルユニット１２はコイルユニット１２Ａよりも放熱性が確保されていることが分かる。

【0061】

ここで、図４において、フィルタコイル１３は、突出部４１の周囲を取り囲むように形成されており、フィルタコイル１４は、中央壁部５３の周囲を取り囲むように形成されている。そして、中央壁部５３、側壁部５２および側壁部５４と、突出部４１、突出部４０および突出部４２は、水平面に対して略対称となるように形成されている。このため、フィルタコイル１３のインダクタンスと、フィルタコイル１４のインダクタンスに差が生じ難い。

【0062】

その一方で、図６においては、分割フェライト３４Ａと、コア５０Ａとの構成は水平面に対して対称形状になっておらず、フィルタコイル１３およびフィルタコイル１４のインダクタンスに差が生じやすくなっている。このように、本実施の形態に係るコイルユニット１２においては、各フィルタコイル１３，１４のインダクタンスに差が生じることが抑制されている。

【0063】

図４において、突出部４１は、スリット４５から上方に突出しており、中央壁部５３と突出部４１との間のギャップは、積層されたフィルタコイル１３，１４の中央に位置している。

【0064】

たとえば、磁束ＭＦ２のベクトルは、突出部４１の下端部から突出部４１の上端部に向かう過程において、上方に向く。そして、突出部４１の上端部から出射するときには、磁束ＭＦ２は、上方に向けて出射する。同様に、中央壁部５３の下端部から磁束ＭＦ２が出射するときにも、磁束ＭＦ２は下方に向けて出射する。このように、本実施の形態に係るコイルユニット１２においては、磁束ＭＦ２が周囲に漏れることが抑制されている。

【0065】

その一方で、図６に示す例においては、中央壁部５３Ａの下端部から磁束ＭＦ２が出射するときには、分割フェライト３４Ｂの上面に向かうにつれて広がるように出射しやすい。このため、中央壁部５３Ａの下端部から出射した磁束ＭＦ２は、フィルタコイル１３に鎖交しやすい。

【0066】

上記のように、本実施の形態に係るコイルユニット１２においては、分割フェライト３４Ａの放熱性を確保しやすく、さらに、フィルタコイル１３，１４のインダクタンスのばらつきの抑制、および漏れ磁束の発生の抑制を図ることができる。

【0067】

なお、上記の実施の形態においては、分割フェライト３４Ａの上面に突出部４０および突出部４２を一体的に形成した例について説明したが、突出部４０および突出部４２を別体としてもよい。

【0068】

図８は、実施の形態に係るコイルユニット１２の変形例を示す断面図である。この図８に示すように、変形例に係るコイルユニット１２Ｂにおいては、突出部４０Ａ，４２Ａは、分割フェライト３４Ａとは別体であり、突出部４０Ａ，４２Ａは、フェライトから形成されている。なお、このコイルユニット１２Ｂにおいても、コイルユニット１２と同様の作用および効果を得ることができる。

【0069】

上記の実施の形態においては、受電装置１０のコイルユニット１２について主に説明したが、送電装置２０のコイルユニット２２にも適用することができる。

【0070】

なお、今回開示された実施の形態および変形例は全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説明ではなく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および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

【産業上の利用可能性】

【0071】

本発明は、コイルユニットに適用することができる。

【符号の説明】

【0072】

１ 非接触充電システム、２ 車両、１０，１０Ａ 受電装置、１１ 整流器、１２，１２Ａ，２２ コイルユニット、１３，１４，２４，２５ フィルタコイル、１５ 蓄電装置、１６ 受電コイル、１７，２７ コンデンサ、１８，１８Ａ 金属板、２０ 送電装置、２１ 変換器、２３ 電源、２６ 送電コイル、２８，２８Ａ，２９ フィルタ、３０ 筐体、３１ 金属ケース、３２ 樹脂蓋、３３ フェライト板、３４，３４Ａ，３４Ｂ 分割フェライト、３５，４７ 下面、３６，４８ 上面、３７ 角部、３８ 切欠部、４０，４１，４２ 突出部、４４，４５，４６ スリット、５０，５０Ａ コア、５１，５１Ａ，５５ 天板部、５２，５２Ａ，５４，５４Ａ 側壁部、５３，５３Ａ 中央壁部、５６，５７ 区画壁、６０ 穴部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】