JP6287742B2

JP6287742B2 - 非接触式送電装置

Info

Publication number: JP6287742B2
Application number: JP2014203782A
Authority: JP
Inventors: 大介上木原; 崇村田; 宗明米丸
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-10-02
Filing date: 2014-10-02
Publication date: 2018-03-07
Anticipated expiration: 2034-10-02
Also published as: JP2016073176A

Description

本発明は、送電コイルと、外部電源に接続されると共に送電コイルに電力を供給する電力機器とを含み、受電装置に非接触で電力を供給する非接触式送電装置に関する。

従来、この種の非接触式送電装置として、渦巻き状の送電コイルと、当該送電コイルに跨がるように配置された金属熱伝導体とを含み、例えば車両に搭載された受電装置に非接触で電力を供給するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この非接触式送電装置において、金属熱伝導体は、渦電流を小さくして送電コイルの発熱を抑制すべく、コイル間を跨ぐ方向に長くなり、かつコイルの巻回方向に薄くなるように構成される。そして、金属熱伝導体の一部は、送電コイルのギャップ空間側に露出させられ、金属熱伝導体を介したギャップ空間内の外気との自然対流による熱交換あるいはファン等による強制空冷により送電コイルが冷却される。

特開２０１３−０８０７８５号公報

しかしながら、上記従来の非接触式送電装置のように、金属熱伝導体を介してギャップ空間内の外気との自然対流による熱交換を行っても、送電コイルを充分に冷却し得なくなるおそれがある。また、非接触式送電装置の設置箇所によっては、ファン等の強制冷却装置を配置することが困難となることも多く、強制冷却装置を用いることで非接触式送電装置のコストも増加してしまう。

そこで、本発明は、強制冷却を行うことなく送電コイルを良好に冷却可能な非接触式送電装置の提供を主目的とする。

本発明による非接触式送電装置は、渦巻き状の送電コイルと、外部電源に接続されると共に前記送電コイルに電力を供給する電力機器とを含む非接触式送電装置であって、少なくとも前記送電コイルを収容すると共に、底面と設置面との間に隙間が形成されるように前記設置面に配置される筐体を備え、前記筐体は、前記隙間と連通すると共に前記送電コイルの中央部を通るように形成された筒状部を有することを特徴とする。

この非接触式送電装置は、渦巻き状の送電コイルを収容する筐体を備える。筐体は、底面と設置面との間に隙間が形成されるように当該設置面に配置される。更に、筐体は、その底面と設置面との間の隙間と連通すると共に送電コイルの中央部を通るように形成された筒状部を有する。これにより、この非接触式送電装置では、筒状部内の空気が筐体内の送電コイルの熱を奪って昇温することで、当該筒状部内に上方へと向かう空気の流れが形成され、それに伴い、筐体の底面と設置面との間の隙間には、当該隙間に流れ込んで筒状部内へと向かう空気の流れ（対流）が形成される。この結果、筒状部内や筐体の底面と設置面との間の隙間を流通する空気により筐体内の送電コイルの熱を良好に奪うことができるので、強制冷却を行うことなく筐体内の送電コイルを極めて良好に冷却することが可能となる。更に、筐体に筒状部を設けることで、非接触式送電装置全体の軽量化を図りつつ、上方からの荷重に対する強度を向上させることもできる。

また、筒状部の下端部の内周面は、上端から下端に向かうにつれて断面積が大きくなるように形成されてもよい。これにより、筐体の底面と設置面との間の隙間内から筒状部内への空気の流入を促進させることが可能となる。そして、筐体は、送電コイルに加えて電力機器を収容するものであってもよい。すなわち、本発明による非接触式送電装置では、筒状部内や筐体の底面と設置面との間の隙間を流通する空気により筐体内の送電コイルと電力機器との双方を極めて良好に冷却することが可能となる。

更に、筐体は、電力機器が載置されるベース部材と、電力機器を覆うようにベース部材に取り付けられると共に送電コイルが載置される区画部材と、少なくとも送電コイルを覆うようにベース部材に取り付けられる樹脂カバーとを含んでもよく、筒状部は、ベース部材に形成されたベース側筒状部と、送電コイルの中央部を通るようにカバーからベース部材に向けて延出されたカバー側筒状部とにより構成されてもよい。これにより、筒状部内を流通する空気により筐体内の送電コイルの熱を奪うと共に、筐体すなわちベース部材の底面と設置面との間の隙間を流通する空気により電力機器の熱を奪うことで、筐体内の送電コイルと電力機器との双方を極めて良好に冷却することが可能となる。また、樹脂カバーのカバー側筒状部を送電コイルの中央部に配置することで、送電コイルにより形成される磁界への影響を低減化することができる。従って、ベース側筒状部とカバー側筒状部との境界は、送電コイルよりも下方に位置するとよい。

本発明による非接触式送電装置を含む給電システムの概略構成図である。本発明による非接触式送電装置を示す断面図である。本発明による非接触式送電装置を示す分解斜視図である。本発明による非接触式送電装置の他の実施形態を示す断面図である。

次に、図面を参照しながら本発明を実施するための形態について説明する。

図１は、本発明による非接触式送電装置２０を含む給電システム１を示す概略構成図である。同図に示す給電システム１は、非接触式送電装置（以下、単に「送電装置」という）２０に加えて、図示しない電動機やバッテリを搭載したハイブリッド自動車あるいは電気自動車である車両１００に搭載される受電装置１０を含むものである。受電装置１０は、例えば渦巻き状の受電コイルおよび環状のフェライトコアを含む受電コイルユニット１１や、受電コイルに直列に接続されて当該受電コイルと共に共振回路を構成するコンデンサ（図示省略）等を有し、車両１００のフロアパネルに配置される。受電装置１０は、整流器やＤＣ／ＤＣコンバータ（何れも図示省略）等を介してバッテリに接続される。

送電装置２０は、駐車場等の車両の停車スペースに設置されるものであり、送電コイルユニット２１と、家庭用電源といった外部電源としての交流電源２４に接続される電力機器２５と、送電コイルユニット２１および電力機器２５を収容する筐体３０とを有する。送電コイルユニット２１は、渦巻き状の送電コイル２２と環状の板体であるフェライトコア２３とを有する（図２および図３参照）。電力機器２５は、送電コイル２２に直列に接続されて当該送電コイル２２と共に共振回路を構成するコンデンサや、交流電源２４からの電力を所定周波数の電力（高周波電力）に変換して送電コイルに供給する高周波電源回路、送電電子制御装置（制御回路）、無線通信装置等を含む。電力機器２５の電子制御装置は、無線通信装置を介して車両１００の電子制御装置と情報をやり取りしながら、高周波電源回路等を制御する。

図２は、送電装置２０を示す断面図であり、図３は、送電装置２０を示す分解斜視図である。図２および図３に示すように、筐体３０は、ベース部材３１、区画部材３２およびカバー３３を含む。ベース部材３１は、例えばアルミ等の金属により形成されており、略正方形状の底板部３１０と、当該底板部３１０の中央部から図２および図３における上方に向けて（カバー３３に向けて）垂直に延出された中空のベース側筒状部３１１とを有する。本実施形態において、ベース側筒状部３１１は、円筒状に形成されるが、これに限られるものではなく、例えば角筒状に形成されてもよい。また、ベース側筒状部３１１の内周面は、図２に示すように、下端側（基端側）にテーパ面３１１ｔを含み、当該テーパ面３１１ｔは、ベース側筒状部３１１の上端（遊端）から下端（基端）に向かうにつれて通路断面積が大きくなるように形成されている。

区画部材３２は、例えばアルミ等の金属により形成されており、略正方形状の天板部３２０と、天板部３２０の外周に沿って延在する側壁部３２１とを有する。天板部３２０には、その中央部を窪ませることによりコイル支持凹部３２２が形成されており、コイル支持凹部３２２の底板部には、開口（本実施形態では、円穴）３２２ｈが形成されている。本実施形態において、開口３２２ｈは、ベース部材３１のベース側筒状部３１１の外径よりも小さく、かつベース側筒状部３１１の内径よりも大きい直径を有する。また、側壁部３２１は、天板部３２０の外周部から垂直に延出されており、ベース部材３１のベース側筒状部３１１よりも大きい高さを有する。

カバー３３は、樹脂により形成されており、略正方形状の平板部３３０と、当該平板部３３０の中央部から図２および図３における下方に向けて（ベース部材３１に向けて）垂直に延出された中空のカバー側筒状部３３１を有する。本実施形態において、カバー側筒状部３３１は、円筒状に形成されるが、これに限られるものではなく、例えば角筒状に形成されてもよい。カバー側筒状部３３１の外径は、区画部材３２の開口３２２ｈの直径よりも僅かに小さく定められており、当該カバー側筒状部３３１の内径は、ベース部材３１のベース側筒状部３１１の内径と同一に定められている。また、平板部３３０の裏面（図２における下面）からカバー側筒状部３３１の先端（遊端）までの高さは、区画部材３２の天板部３２０の表面（図２における上面）からコイル支持凹部３２２の底板部の裏面（図２における下面）までの高さと同一に定められている。

図２に示すように、筐体３０を構成するベース部材３１の底板部３１０上には、電力機器２５（コンデンサ、高周波電源回路、送電電子制御装置、無線通信装置等）が載置される。また、筐体３０を構成する区画部材３２は、天板部３２０、コイル支持凹部３２２および側壁部３２１により電力機器２５が覆われると共にコイル支持凹部３２２の底板部がベース部材３１のベース側筒状部３１１の先端面（遊端面）と当接するように例えば複数のボルト等を介してベース部材３１に取り付けられる。更に、側壁部３２１の下縁部とベース部材３１の底板部３１０との境界にはシールが施される。

区画部材３２のコイル支持凹部３２２には、図２および図３に示すように、送電コイル２２が上方（カバー３３側）に位置するように送電コイルユニット２１が載置される。そして、カバー３３は、送電コイルユニット２１と、区画部材３２のコイル支持凹部３２２および天板部３２０（天板部３２０の全体）とを覆うようにベース部材３１および区画部材３２にボルト等を介して取り付けられる。このようにベース部材３１や区画部材３２を樹脂性のカバー３３で覆うことにより、送電装置２０の表面が日射等により高温になってしまうのを抑制することができる。また、カバー３３のカバー側筒状部３３１は、環状の送電コイルユニット２１すなわち送電コイル２２の中央部に挿通されると共に、区画部材３２の開口３２２ｈに嵌合される。更に、カバー側筒状部３３１の先端面（遊端面）は、ベース部材３１のベース側筒状部３１１の先端面（遊端面）と密に当接し、カバー側筒状部３３１の内周面とベース側筒状部３１１の内周面とは、面一に連続する。

また、本実施形態では、ベース側筒状部３１１の先端面に一連（環状）のシール溝が形成されており、当該シール溝とカバー側筒状部３３１の先端面との間には、シール部材３４が配置される。これにより、ベース側筒状部３１１とカバー側筒状部３３１との境界（シール部）およびシール部材３４は、送電コイルユニット２１の送電コイル２２よりも下方に位置することになる。そして、ベース側筒状部３１１とカバー側筒状部３３１とは、シール部材３４よりも外側で複数のボルト(図２における一点鎖線参照)を介して互いに締結される。これにより、筐体３０は、ベース部材３１に形成されたベース側筒状部３１１と、送電コイル２２の中央部を通るようにカバー３３からベース部材３１に向けて延出されたカバー側筒状部３３１とにより構成される筒状部３０１を有することになる。

上述のように構成される送電装置２０は、ベース部材３１の底面（外周部やベース側筒状部３１１の周辺）に固定される複数の台座３５を介して車両の停車スペースの設置面Ｓｉに配置される。これにより、ベース部材３１（筐体３０）の底面（下面）と設置面Ｓｉとの間には、図２に示すように隙間Ｇが形成され、上下両端が開放された筐体３０の筒状部３０１の内部空間は、当該隙間Ｇと連通する。従って、隙間Ｇや筒状部３０１内には、空気（外気）が存在することになる。そして、図１および図２に示すように、車両１００に搭載された受電装置１０の受電コイルユニット１１と送電装置２０の送電コイルユニット２１とが正対する状態で電力機器２５から送電コイル２２に電力が供給されると、受電装置１０（受電コイルユニット１１）には、筐体３０の樹脂製のカバー３３（平板部３３０）を介して、送電コイル２２から電磁誘導により非接触で電力が供給される。

送電装置２０から受電装置１０への送電に際し、送電コイルユニット２１の送電コイル２２や電力機器２５はそれぞれ熱を発生するが、筐体３０の筒状部３０１（ベース側筒状部３１１およびカバー側筒状部３３１）の内部空間は比較的狭い空間であることから、当該筒状部３０１内の空気は主に送電コイル２２からの熱により速やかに昇温する。すなわち、送電装置２０では、筒状部３０１内の空気が筐体３０内の送電コイル２２の熱を奪って昇温することで、当該筒状部３０１内に上方へと向かう空気の流れが形成される（図２における点線参照）。更に、このような空気の流れの形成に伴い、筐体３０（ベース部材３１）の底面と設置面Ｓｉとの間の隙間Ｇには、当該隙間Ｇに流れ込んで筒状部３０１内へと向かう空気の流れ（対流）が形成される（図２における点線参照）。また、送電装置２０では、筒状部３０１（ベース側筒状部３１１）の下端部が上端から下端に向かうにつれて通路断面積が大きくなるように形成されているので、隙間Ｇ内から筒状部３０１内への空気の流入を促進させることができる。

この結果、筐体３０すなわちベース部材３１の底面と設置面Ｓｉとの間の隙間Ｇを流通する空気により主に電力機器２５の熱を奪うと共に、筒状部３０１内を流通する空気により主に送電コイル２２の熱を奪うことが可能となる。従って、送電装置２０では、車両１００の受電装置１０への送電に際し、ファン等を用いた強制冷却を行うことなく、筐体３０内の送電コイル２２（送電コイルユニット２１）と電力機器２５との双方を極めて良好に冷却することができる。

また、送電装置２０では、送電コイル２２の中央部に筐体３０の筒状部３０１が挿通されるが、送電コイル２２の中央部に樹脂性のカバー側筒状部３３１を配置することで、送電コイル２２により形成される磁界への影響を低減化することができる。更に、送電装置２０の筐体３０に筒状部３０１を設けることで、送電装置２０全体の軽量化を図りつつ、上方からの荷重に対する強度を向上させることも可能となる。また、送電装置２０では、電力機器２５が何れも金属製のベース部材３１および区画部材３２により画成される空間内に配置されることから、送電コイル２２により形成される磁界による電力機器２５への影響を低減化すると共に、当該磁界により生じる渦電流に起因した電力機器２５の昇温を抑制することができる。更に、電力機器２５を金属製のベース部材３１および区画部材３２により画成される空間内に配置することで、当該電力機器２５で発生するノイズが筐体３０の外部に漏洩するのを良好に抑制することも可能となる。

以上説明したように、受電装置１０と共に給電システム１を構成する送電装置２０は、渦巻き状の送電コイル２２を含む送電コイルユニット２１を収容する筐体３０を有し、筐体３０は、底面と設置面Ｓｉとの間に隙間Ｇが形成されるように当該設置面Ｓｉに配置される。更に、筐体３０は、その底面と設置面Ｓｉとの間の隙間Ｇと連通する内部空間を有すると共に送電コイル２２の中央部を通るように形成された筒状部３０１を含む。これにより、送電装置２０では、筒状部３０１内の空気が筐体３０内の送電コイル２２の熱を奪って昇温することで、当該筒状部３０１内に上方へと向かう空気の流れが形成され、それに伴い、筐体３０の底面と設置面Ｓｉとの間の隙間Ｇに当該隙間Ｇに流れ込んで筒状部３０１内へと向かう空気の流れ（対流）が形成される。この結果、筐体３０の底面と設置面Ｓｉとの間の隙間Ｇおよび筒状部３０１内を流通する空気により筐体３０内の送電コイル２２および電力機器２５の熱を良好に奪うことができるので、強制冷却を行うことなく筐体３０内の送電コイル２２や電力機器２５を極めて良好に冷却することが可能となる。

なお、上記実施形態において、筒状部３０１（ベース側筒状部３１１）の下端部の内周面は、上端から下端に向かうにつれて通路断面積が大きくなるように形成されるが、これに限られるものではない。すなわち、図４に示す非接触式送電装置２０Ｂのように、筐体３０Ｂの筒状部３０１Ｂ、すなわちベース部材３１Ｂのベース側筒状部３１１Ｂの内周面は、上記テーパ面３１１ｔを含むことなく軸心と平行に延在するように形成されてもよい。そして、図４に示すように、筒状部３０１Ｂ、すなわちベース側筒状部３１１Ｂを下方すなわちカバー３３とは反対側に延出して上述の台座３５として機能させてもよい。これにより、送電装置２０Ｂ全体の軽量化を図りつつ、上方からの荷重に対する強度をより一層向上させることができる。この場合、ベース側筒状部３１１Ｂの延出部には、空気を流通させるための切欠き（孔）３１１ｃを複数形成するとよい。

また、上記送電装置２０，２０Ｂの筐体３０，３０Ｂは、何れも渦巻き状の送電コイル２２を含む送電コイルユニット２１に加えて電力機器２５を収容するものであるが、これに限られるものではない。すなわち、送電コイルユニット２１を収容する筐体と、電力機器２５を収容する筐体とを別体化し、送電コイルユニット２１を収容する筐体を上述の筐体３０，３０Ｂと同様に構成してもよい。この場合、区画部材３２は省略されてもよく、筒状部３０１等は、カバー３３のカバー側筒状部３３１のみにより構成されてもよい。

更に、上記送電装置２０，２０Ｂでは、送電コイルユニット２１が電力機器２５の一部の上方に位置するように筐体３０，３０Ｂ内に配置されるが、これに限られるものではない。すなわち、電力機器２５は、送電コイルユニット２１を囲むように筐体３０，３０Ｂ内の送電コイルユニット２１の周囲に配置されてもよい。この場合も、筐体３０等の筒状部３０１等は、カバー３３のカバー側筒状部３３１のみにより構成されてもよい。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な変更をなし得ることはいうまでもない。

本発明は、非接触式送電装置の製造産業等において利用可能である。

１給電システム、１０受電装置、１１受電コイルユニット、２０，２０Ｂ非接触式送電装置、２１送電コイルユニット、２２送電コイル、２３フェライトコア、２４交流電源、２５電力機器、３０，３０Ｂ筐体、３１，３１Ｂベース部材、３２区画部材、３３カバー、３４シール部材、３５台座、１００車両、３０１，３０１Ｂ筒状部、３１０底板部、３１１，３１１Ｂベース側筒状部、３１１ｃ切欠き、３１１ｔテーパ面、３２０天板部、３２１側壁部、３２２コイル支持凹部、３２２ｈ開口、３３０平板部、３３１カバー側筒状部、Ｇ隙間、Ｓｉ設置面。

Claims

渦巻き状の送電コイルと、外部電源に接続されると共に前記送電コイルに電力を供給する電力機器とを含む非接触式送電装置であって、
前記電力機器が載置されるベース部材と、前記送電コイルを覆うカバーとを含み、前記送電コイルおよび前記電力機器を収容すると共に、前記ベース部材の底面と設置面との間に隙間が形成されるように前記設置面に配置される筐体を備え、
前記筐体は、前記ベース部材側で開放されて前記隙間と連通すると共に前記送電コイルの中央部を通って前記カバー側で開放される内部空間を形成する筒状部を更に含むことを特徴とする非接触式送電装置。