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JP2022138403A - コイルユニット - Google Patents

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Abstract

【課題】コイルユニットにおいて、第二コイルと対向する第一コイルのコイル面に、渦電流の発生を低減または防止しつつ、第一コイルの放熱性能を向上させる放熱板を備えるための技術を提供する。【解決手段】コイルユニット80は、コイル載置面83Tと、コイル載置面83Tの裏側に位置する底面83Bとを有するフェライト板83と、交流電力を送電または受電するための第一コイル112であって、第一コイル112とは異なる第二コイル212と対向させるための第一面82Tと、第一面の反対側に位置し、コイル載置面83Tと対向する位置に配置される第二面82Bとを備える第一コイル112と、第一面82Tまたは第二面82Bと対向する位置に配置される第一放熱板90であって、交流電力の送電または受電の際に第一コイル112が発生させる磁束によって第一放熱板90に発生する渦電流を低減するための絶縁部92を有する第一放熱板90と、を備える。【選択図】図3

Description

本開示は、コイルユニットに関する。
フェライト板のコイル載置面側にコイルを配置し、フェライト板のコイル載置面とは反対側に位置する背面側に、コイル放熱用の金属板を備えるコイルユニットが知られている(例えば、特許文献1)。
特開2019-9161号公報
コイルユニットでは、コイルの温度上昇がコイルの送受電の性能に影響を与えることから、コイルの放熱性能をさらに向上させたいといった要望がある。
本開示は、以下の形態として実現することが可能である。
本開示の一形態によれば、コイルユニット(80,80b、80c,80d)が提供される。このコイルユニットは、コイル載置面(83T)と、前記コイル載置面の裏側に位置する底面(83B)とを有するフェライト板(83,83b,83c)と、交流電力を送電または受電するための第一コイル(112,212)であって、前記第一コイルとは異なる第二コイル(212,112)と対向させるための第一面(82T)と、前記第一面の反対側に位置し、前記コイル載置面と対向する位置に配置される第二面(82B)とを備える第一コイルと、前記第一面または前記第二面と対向する位置に配置される第一放熱板(90,90b,90c,90d,90e)であって、前記交流電力の送電または受電の際に前記第一コイルが発生させる磁束によって前記第一放熱板に発生する渦電流を低減するための絶縁部(92)を有する第一放熱板と、を備える。
この形態のコイルユニットによれば、第二コイルと対向する第一コイルの第一面、または第一面の反対側に位置する第二面に、渦電流の発生を低減する絶縁部を有する第一放熱板を配置することができる。したがって、第一放熱板での渦電流の発生を低減または防止しつつ、第一コイルの放熱性能を向上させることができる。
非接触給電システムの構成を示す説明図。 非接触給電システムの回路構成を示す説明図。 コイルユニットの内部構成を示す分解斜視図。 第一放熱板の形状および配置位置を平面視で示す説明図。 第1実施形態の他の形態1での第一放熱板の形状を示す説明図。 第1実施形態の他の形態2での第一放熱板の形状を示す説明図。 第1実施形態の他の形態3での第一放熱板の形状を示す説明図。 第2実施形態のコイルユニットの内部構成を示す分解斜視図。 第2実施形態の他の形態1での放熱接続部の構成を示す説明図。 第2実施形態の他の形態2での放熱接続部の構成を示す説明図。 放熱接続部の形状および配置位置を示す説明図。 第2実施形態の他の形態3での放熱接続部の構成を示す説明図。 第2実施形態の他の形態3での放熱接続部の形状を示す説明図。 第2実施形態の他の形態4での放熱接続部の構成を示す説明図。 第3実施形態のコイルユニットの内部構成を示す分解斜視図。 他の形態での第一放熱板および放熱接続部の構成を示す説明図。 他の形態のコイルユニットが有する放熱接続部の配置位置を示す説明図。
A1.第1実施形態:
図1および図2を用いて本実施形態のコイルユニット80の構成について説明する。図1には、本実施形態のコイルユニット80を備える非接触給電システム300が示されている。非接触給電システム300は、道路RSに設置される送電器100と、車両200に搭載される受電器205とを含んでいる。非接触給電システム300は、送電器100から非接触で車両200の受電器205に電力を供給することが可能なシステムである。本実施形態では、コイルユニット80は、送電器100に備えられている。
送電器100は、送電共振回路110と、送電回路120と、電源回路130とを備えている。本実施形態では、送電共振回路110と、送電回路120と、電源回路130とは、道路RSの内部に埋設されている。送電共振回路110および送電回路120は、複数を備えてよく、例えば、車両200の進行方向となる道路RSの延在方向に沿って連続的に配列して備えられてよい。送電共振回路110、送電回路120、ならびに電源回路130は、必ずしも道路RS内部に埋設される必要はなく、例えば、道路RS上において、車両200の走行の弊害とならない位置に備えられてよい。送電回路120および電源回路130は、送電共振回路110近傍に備えられることが好ましい。
電源回路130は、例えば、系統電源などの交流電源からの交流電力を、電源ケーブルを介して送電回路120に供給する。送電回路120は、整流回路、インバータ回路、ならびにフィルタ回路などを有する交流変換回路である。送電回路120は、電源回路130から供給される交流電力を直流電力に変換し、直流電力を車両200の受電器205へ送電可能な高周波の交流電力に変換して、送電共振回路110に供給する。
送電共振回路110は、電磁誘導現象を利用して送電コイル112に誘導された交流電力を受電共振回路210に送電する。送電共振回路110は、図2に示すように、送電コイル112と、共振コンデンサとして機能する第一コンデンサ116とが直列に接続されているLC回路である。送電コイル112と、第一コンデンサ116とは、並列に接続されていてもよい。
送電コイル112は、本実施形態のコイルユニット80に含まれている。本実施形態では、送電コイル112は、車両200の受電コイル212に、交流電力を送電するための第一コイルとして機能する。本実施形態では、受電コイル212は、第二コイルとして機能する。
車両200は、例えば、電気自動車やハイブリッド車等の駆動モータを搭載する車両で構成される。車両200は、図1に示すように、受電器205と、バッテリ230とを備えている。受電器205は、受電共振回路210と、受電回路220とを有している。
受電共振回路210は、図2に示すように、受電コイル212と、共振コンデンサとして機能する第二コンデンサ216とを含んでいる。受電共振回路210は、例えば、車両200の底面に配置されている。受電共振回路210は、送電器100の送電共振回路110に誘導された交流電力を受電コイル212から受電する。
受電回路220は、受電共振回路210から出力される交流電力を直流電力に変換する。受電回路220は、例えば、フィルタ回路と、交流電力を直流電力に変換する整流回路と、バッテリ230の充電に適した直流電力に変換する電力変換回路とを有している。バッテリ230は、例えば、車両200の駆動源である駆動モータを駆動するための直流電力を出力する二次電池である。受電回路220から出力される直流電力は、バッテリ230の充電に利用することができる。受電回路220からの直流電力は、図示しない補機バッテリの充電や、駆動モータや補機の駆動に利用されてよい。
図3を用いて、本実施形態のコイルユニット80の詳細について説明する。コイルユニット80は、第一放熱板90を備える上面カバー81および下面カバー86を含む略矩形状のケースと、送電コイル112を備えるコイル基板82と、フェライト板83と、第二放熱板84と、基板85とを含んでいる。なお、図1では、技術の理解を容易にするために、コイルユニット80は、送電器100の送電共振回路110および送電回路120を含むように図示されているが、コイルユニット80は、少なくとも送電コイル112、フェライト板83、第一放熱板90を含んでいればよい。コイルユニット80には、例えば、送電共振回路110、送電回路120、ならびに電源回路130に含まれるそれ以外の任意の部材が含まれてよい。
上面カバー81は、非導電性を有し、例えば、樹脂などの非磁性体によって形成されている。上面カバー81は、略平板形状を有している。上面カバー81の上面81Tは、コイルユニット80が有する面のうち、車両200の受電コイル212と対向する面(以下、「コイル対向面」とも呼ぶ。)である。上面カバー81の下面81Bは、コイル基板82の第一面82Tを覆っており、コイル基板82および送電コイル112を外気などから保護している。本実施形態では、上面カバー81は、道路RSに埋設されているが、道路RSから露出されていてもよい。上面カバー81には、第一放熱板90が備えられている。
第一放熱板90は、略平板状の外観形状を有している。第一放熱板90は、コイル基板82の第一面82Tと対向する位置に備えられている。本開示において、「第一放熱板90が第一面82Tまたは第二面82Bと対向する」とは、第一放熱板90が第一面82Tまたは第二面82Bと当接した状態で対向する状態、第一放熱板90が第一面82Tまたは第二面82Bから離間した状態で第一面82Tまたは第二面82Bと対向する状態、ならびに第一放熱板90と、第一面82Tまたは第二面82Bとの間に、第一放熱板90およびコイル基板82とは異なる部材が存在した状態で第一放熱板90が第一面82Tまたは第二面82Bと対向する状態を含む。本実施形態では、第一放熱板90は、樹脂モールドによって上面カバー81内に埋め込まれている。第一放熱板90は、非磁性かつ熱伝導性の高い材料で形成されており、送電コイル112に発生する熱を放熱する。第一放熱板90は、第一放熱板90を鎖交する磁束を低減または防止する観点から、透磁率が小さい材料であることが好ましい。第一放熱板90は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅などの金属によって形成される。第一放熱板90は、上面カバー81の上面81Tで露出されていてもよい。第一放熱板90は、送電コイル112と電気的に接続されない限りにおいて、上面カバー81の下面81Bから露出されていてもよい。第一放熱板90は、樹脂モールドのほか、例えば溶接や接着剤による接着により上面カバー81に取り付けられてもよい。
下面カバー86は、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金、銅などの金属によって形成されている。上面カバー81と、下面カバー86とが図示しない固定具によって嵌合することによって、コイル基板82と、フェライト板83と、第二放熱板84と、基板85とを収容するケースが形成される。ケース内には、下面カバー86から上面カバー81に向かって、基板85、第二放熱板84、フェライト板83、ならびにコイル基板82がこの順に積層されて備えられている。下面カバー86は、金属には限定されず、例えば、樹脂材料などであってよく、非磁性材で形成されていてもよい。なお、コイル基板82と、フェライト板83と、第二放熱板84と、基板85とを収容するケースの側面は、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金、銅などの金属材料や、樹脂材料などで形成されてよい。ケースの側面は、上面カバー81や下面カバー86と同じ材料で形成されていてもよく、異なる材料で形成されていてもよい。ケースの側面を樹脂材料とすることにより、送電コイル112から発生する磁束が遮断されることを低減または防止することができる。
コイル基板82は、リジッドタイプのプリント配線板である。コイル基板82は、平面視で略矩形の外観形状を有している。コイル基板82の内部には、送電コイル112が形成されている。本実施形態では、送電コイル112は、中心軸CXの周囲を取り囲む環状の導体を複数積層して形成される積層コイルである。送電コイル112には、中心軸CXを含む位置に、導体を含まない中空領域が備えられている。送電コイル112は、第一放熱板90とは絶縁されており、電気的に接続されていない。
送電コイル112は、受電コイル212への給電時に受電コイル212と対向するコイル面としての第一面82Tと、第一面82Tの反対側のコイル面としての第二面82Bとを備えている。本開示では、コイル基板82においても、送電コイル112と同様に、コイル対向面に近い面を第一面82Tとも呼び、コイル基板82の第一面82Tの反対側の面を第二面82Bとも呼ぶことがある。送電コイル112は、プリント配線板に備えられる形態には限定されない。送電コイル112には、例えば、マグネットワイヤなどの導線が用いられてよく、この場合には、送電コイル112は、コイル状に巻き回されたマグネットワイヤが樹脂モールドされることによって形成されてもよい。送電コイル112は、例えば、導体を渦巻き状に切り出したスパイラルコイルであってもよく、横断面形状が円形や角形の導体がらせん状に巻き回されたヘリカルコイルなどの種々のコイルであってもよい。送電コイル112に導線が用いられる場合には、導線は、撚り線で形成されてもよい。
フェライト板83は、平面視で略矩形状の外観形状を有している。フェライト板83は、コイル基板82を載置するためのコイル載置面83Tと、コイル載置面83Tの裏側に位置する底面83Bとを備えている。コイル載置面83Tは、底面83Bよりもコイル対向面に近い位置に配置される面である。フェライト板83は、コイル載置面83Tがコイル基板82の第二面82Bと対向する状態で配置されている。本実施形態では、フェライト板83は、第二面82Bと当接する状態で備えられているが、フェライト板83は、第二面82Bから離間した状態で備えられていてもよい。フェライト板83には、送電コイル112と、基板85とを電気的に接続する配線を挿通するための貫通孔が設けられていてもよい。
第二放熱板84は、平面視で略矩形状の外観形状を有している。第二放熱板84は、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金、銅などの金属によって形成されている。第二放熱板84は、コイル対向面に近い面である上面84Tと、上面84Tの裏側に位置する下面84Bとを有する。第二放熱板84は、フェライト板83を挟んだコイル基板82の逆側に配置されている。第二放熱板84は、上面84Tがフェライト板83の底面83Bと対向する位置に配置されている。本実施形態では、第二放熱板84は、上面84Tがフェライト板83の底面83Bと当接する状態で備えられている。上面84Tは、フェライト板83の底面83Bから離間されていてもよく、例えば、フェライト板83と、第二放熱板84との間に、冷媒などを利用した冷却装置が備えられてもよい。第二放熱板84には、送電コイル112と、基板85とを電気的に接続する配線を挿通するための貫通孔が設けられていてもよい。
基板85は、第二放熱板84の下面84Bと対向する位置に配置されている配線基板である。基板85には、例えば、送電共振回路110に含まれる第一コンデンサ116や、送電回路120に含まれるフィルタ回路のキャパシタ124などが搭載されている。なお、第一コンデンサ116は、コイル基板82に搭載されてもよい。第一コンデンサ116や基板85は、ケース外に備えられてよく、コイルユニット80外に配置されてもよい。
図4を用いて、第一放熱板90の形状について説明する。図4の上段には、送電コイル112と、第一放熱板90とが、コイル対向面からの平面視により示されている。図4には、送電コイル112と、送電コイル112の第一面82T上に配置される第一放熱板90とが模式的に示され、それ以外の部材の図示は省略されている。
図4に示すように、第一放熱板90は、本体部97と、開口部98と、絶縁部92と、を備えている。本体部97は、非磁性かつ熱伝導性の高い材料で形成される略平板状の部材であり、送電コイル112に発生する熱を放熱する部分である。本体部97は、開口部98を囲む内縁97Aと、外縁97Bとを有している。開口部98は、本体部97の平面視での中央に備えられている貫通孔である。図4に示すように、開口部98は、送電コイル112の中心軸CXを含むように配置されている。
図4を用いて、絶縁部92の機能の詳細について説明する。絶縁部92は、渦電流が本体部97に流れることを低減または防止するための電気抵抗として機能する。ここで、送電コイル112に交流電流が流れると、送電コイル112の周囲に磁束が形成される。送電コイル112の周囲に形成される磁束は、送電コイル112の中空部と、フェライト板83と、送電コイル112の外周側とを通る。送電コイル112の周囲に形成される磁束の一部が受電コイル212と鎖交すると、受電コイル212に交流電流が流れる。受電コイル212内に交流電流が流れると、受電コイル212周囲にも磁束が形成される。送電コイル112と、受電コイル212とのいずれにも鎖交する磁束によって、受電コイル212が送電コイル112から非接触で電力を受電する。
図4には、受電コイル212への給電時において送電コイル112の中空部に形成される磁束MXが模式的に示されている。ここで、送電コイル112上に導電体が配置される場合には、送電コイル112から受電コイル212への給電時の電磁誘導によって、図4に矢印ECで示すように、磁束MXとは逆向きの磁束を発生させる渦電流が発生することがある。渦電流が発生する場合には、例えば、送電コイル112のインダクタンスの低下、送電コイル112と受電コイル212との結合係数の低下、電力損失の増加などが発生し、送電コイル112から受電コイル212への給電特性が低下し得る。
本実施形態では、本体部97に形成される切欠きが絶縁部92として機能する。具体的には、図4に示すように、本体部97の内縁97Aから外縁97Bまでを分断する切欠きが絶縁部92として機能する。切欠きの大きさや形状は、渦電流が本体部97に流れない程度に、任意に設定することができる。これにより、絶縁部92は、矢印ECに沿って本体部97に環状に流れ得る渦電流に対する電気抵抗として機能し、本体部97に渦電流が発生することを低減または防止している。絶縁部92は、本体部97に形成される切欠きに代えて、本体部97の内縁97Aから外縁97Bまでを繋ぐ絶縁体で形成されてもよい。
図4を用いて、第一放熱板90の配置位置の詳細について説明する。図4の下部には、受電コイル212への給電時に、送電コイル112の周囲に形成される磁束の磁束密度の大きさの一例が概念的に示されている。具体的には、送電コイル112の中心軸CXを含む破線MD位置における磁束密度の大きさの一例が示されている。磁束密度は、送電コイル112の内周端112A近傍と、送電コイル112の外周端112B近傍とで大きくなる。磁束密度は、送電コイル112の内周端112Aから外周端112Bまでの送電コイル112の直上となる位置では、導体である送電コイル112自体に流れ得る渦電流によって遮断されやすいことから、小さくなる。本実施形態では、本体部97は、平面視で送電コイル112と重なる位置に配置されている。具体的には、平面視において、本体部97の外縁97Bおよび内縁97Aが、送電コイル112における内周端112Aから外周端112Bまでの間に含まれる位置に配置されている。この結果、第一放熱板90は、磁束密度の小さい送電コイル112の直上となる位置に配置される。
本実施形態では、送電コイル112は、プリント配線板に形成される導体で形成されているため、撚り線で形成されるコイルに比較して送電コイル112の導体に渦電流が発生しやすい。そのため、送電コイル112直上の磁束密度をより小さくすることができる。したがって、磁束密度がより低い位置に第一放熱板90を配置することができる。
以上、説明したように、本実施形態のコイルユニット80では、第一放熱板90が、送電コイル112のコイル対向面である第一面82Tと対向する位置に配置されている。送電コイル112のコイル対向面に第一放熱板90を備えることにより、コイルユニット80での送電コイル112の放熱性能を向上させることができる。また、本実施形態のコイルユニット80では、第一放熱板90は、送電コイル112から受電コイル212へ交流電力が送電される際に、送電コイル112が発生させる磁束によって第一放熱板90に発生する渦電流を低減するための絶縁部92を有している。そのため、第一放熱板90での渦電流の発生を低減または防止することができる。したがって、本実施形態のコイルユニット80によれば、送電コイル112の放熱性能を向上させるとともに、第一放熱板90での渦電流の発生を低減または防止することにより、送電コイル112から受電コイル212への給電特性が低下することを低減または防止することができる。
本実施形態のコイルユニット80は、コイル対向面となる第一面82Tを覆い、第一面82Tを保護するための上面カバー81を備えている。第一放熱板90は、上面カバー81における第一面82Tと対向する位置に備えられる。したがって、第一放熱板90は、送電コイル112に発生した熱を吸熱し、例えば、道路RSなどの外部などのように、送電コイル112と受電コイル212との間の空間にコイル対向面から放熱することができる。
本実施形態のコイルユニット80によれば、第一放熱板90は、開口部98と、開口部98を囲む本体部97と、を備えている。絶縁部92は、開口部98を囲む本体部97の内縁97Aから本体部97の外縁97Bまでを分断する切欠きである。したがって、第一放熱板90に絶縁体を備える形態に比較して第一放熱板90を簡易な構成にしつつ、絶縁部92の電気抵抗を大きくすることができる。
本実施形態のコイルユニット80によれば、開口部98は、送電コイル112の中心軸CX上に配置され、本体部97は、平面視で送電コイル112と重なる位置に配置される。第一放熱板90を、磁束密度の小さい送電コイル112の直上となる位置に配置することにより、送電コイル112から発生する磁束が第一放熱板90に鎖交することを低減し、渦電流の発生をより低減または防止することができる。
本実施形態のコイルユニット80によれば、第一放熱板90は、透磁率が小さい材料を含んでいる。したがって、第一放熱板90に鎖交する磁束をより低減または防止することができる。
A2.第1実施形態の他の形態1:
図5には、第1実施形態の他の形態1としてのコイルユニット80が備える第一放熱板90bが例示されている。図5から図7において、第一放熱板90b,90c,90dは、コイル対向面からの平面視により模式的に示されている。本実施形態のコイルユニット80では、第一放熱板90bの形状が、第1実施形態で示す第一放熱板90とは異なる。コイルユニット80のそれ以外の構成は第1実施形態のコイルユニット80と同様である。
上記第1実施形態で示す第一放熱板90では、1つの絶縁部92を備える例を示した。これに対して、本実施形態では、図5に示すように、第一放熱板90bは4つの絶縁部92を備えている。第一放熱板90bの内縁97Aから外縁97Bまでを分断する切欠きとしての絶縁部92を4つ備えることにより、本体部97は、4つの領域に分割されている。絶縁部92によって分断されるそれぞれの本体部97を「本体形成部」とも呼ぶ。本実施形態では、本体部97は、本体形成部901~904を備えている。
本実施形態のコイルユニット80によれば、絶縁部92を4つ備え、第一放熱板90bを複数の本体形成部901~904に分割する。したがって、絶縁部92を複数備えることにより、第一放熱板90bにおいて磁束MXとは逆向きの磁束を発生させる方向に沿って流れる渦電流をより小さくすることができる。
A3.第1実施形態の他の形態2:
図6には、第1実施形態の他の形態2としてのコイルユニット80が備える第一放熱板90cが例示されている。本実施形態のコイルユニット80では、第一放熱板90cは、上述した第一放熱板90bよりもさらに多い数の絶縁部92が備えられている。図6の例では、18個の絶縁部92が備えられ、18個の本体形成部905が備えられている。このように、絶縁部92の数は、第1実施形態に示すように1つであってもよく、2以上の任意の数で備えられてもよい。
本実施形態では、本体形成部905は、それぞれ平面視で略正方形の外観形状を有している。上記各実施形態および本実施形態で示すように、本体形成部905の形状は、任意の形状とすることができる。本体形成部905は、例えば、内縁97Aから外縁97Bまでの距離が小さい形状など、送電コイル112に発生する磁束と鎖交しにくい形状であることが好ましく、第一放熱板90cに発生する渦電流を充分に低減または防止する形状であることが好ましい。
A4.第1実施形態の他の形態3:
図7には、第1実施形態の他の形態3としてのコイルユニット80が備える第一放熱板90dが例示されている。本実施形態のコイルユニット80では、第一放熱板90dは、上述した第一放熱板90cよりもさらに多い数の絶縁部92、ならびに本体形成部906を備えている。図7の例では、本体部97に形成される2種類の切欠きが絶縁部92として機能する。具体的には、上記各実施形態で示した切欠き92と同様に、第一放熱板90dの内縁97Aから外縁97Bまでを分断する第一切欠き92Aと、この第一切欠き92Aと交差し、一方の外縁97Bから他方の外縁97Bまでを分断する第二切欠き92Bとを備えている。このように、絶縁部92は、任意の形状、数、配列で設定されてもよく、本体形成部906は、任意の形状、数、配列で設定されてもよい。
B1.第2実施形態:
図8に示すように、第2実施形態のコイルユニット80bは、第一放熱板90の配置位置が異なる点と、さらに放熱接続部94を備える点とにおいて、第1実施形態のコイルユニット80とは相違する。コイルユニット80bは、上面カバー81に代えて上面カバー81bを備え、コイル基板82に代えてコイル基板82bを備え、フェライト板83に代えてフェライト板83bを備える点において、第1実施形態のコイルユニット80とは相違する。コイルユニット80bのそれ以外の構成は、第1実施形態のコイルユニット80と同様である。
第一放熱板90は、第1実施形態と同様に、コイル基板82の第一面82Tと対向する位置に備えられている。第1実施形態では、第一放熱板90は、樹脂モールドによって、上面カバー81内に埋め込まれている例を示したが、本実施形態では、第一放熱板90は、上面カバー81bと、コイル基板82との間に配置されている。第一放熱板90の形状や平面視での配置位置は、第1実施形態での第一放熱板90と同様である。
上面カバー81bは、第一放熱板90を備えていない点において、第1実施形態の上面カバー81と相違し、それ以外の構成は上面カバー81と同様である。なお、放熱接続部94を備えた第一放熱板90は、送電コイル112の熱をコイル対向面からコイルユニット80bの外部に放出させやすくする観点から、第1実施形態と同様に、上面カバー81bに備えてもよい。
コイル基板82bは、放熱接続部94を挿通するための貫通孔822を備えている。コイル基板82bのその他の構成は、第1実施形態でのコイル基板82と同様である。本実施形態では、図8に示すように、貫通孔822は、コイル基板82における送電コイル112が配置される領域内に設けられている。貫通孔822の周囲には図示しない絶縁体が備えられ、放熱接続部94と、送電コイル112とが電気的に接続されないように構成されている。送電コイル112が配置される領域内に放熱接続部94を配置することにより、放熱接続部94が送電コイル112の周囲に発生する磁束を遮断することを低減または防止することができる。貫通孔822は、送電コイル112が配置される領域内において、送電コイル112の導体との接触を回避可能な種々の位置に配置されてよい。送電コイル112が例えば、渦巻き状の導体を有するスパイラルコイルである場合には、貫通孔822は、放熱接続部94と送電コイル112とが電気的に接続されることを回避する観点から、送電コイル112の導体間となる位置に設けられてよい。送電コイル112は、貫通孔822との接触を回避する観点から、貫通孔822を回避するように屈曲した形状とされてもよい。また、例えば、送電コイル112から受電コイル212への送電効率が充分に得られている場合には、貫通孔822は、送電コイル112が配置される領域外に設けられてもよい。
フェライト板83bは、放熱接続部94を挿通するための貫通孔832を備えている。貫通孔832の位置や大きさは、フェライト板83bを通る磁束を遮断しない程度で設定されることが好ましい。フェライト板83bのその他の構成は、第1実施形態でのフェライト板83と同様である。
放熱接続部94は、非磁性かつ熱伝導性の高い材料で形成されている。本実施形態では、放熱接続部94は、第一放熱板90と同じ材料で形成されている。具体的には、放熱接続部94は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅などの金属によって形成されている。放熱接続部94は、放熱接続部94や第一放熱板90を鎖交する磁束を低減または防止する観点から、透磁率が小さい材料であることが好ましい。放熱接続部94と第一放熱板90とは、例えば、第一放熱板90の製造過程において一体的に形成されてもよい。
放熱接続部94は、略円柱状の長尺な部材である。放熱接続部94の長手方向は、コイルユニット80b内におけるコイル基板82b、フェライト板83b、第二放熱板84の積層方向と一致している。放熱接続部94は、第一放熱板90と、第二放熱板84とを連結している。本実施形態では、放熱接続部94は、貫通孔822と貫通孔832とに挿通され、第二放熱板84の上面84T上の接点842に接続されている。放熱接続部94は、第一放熱板90と、第二放熱板84とを接続する任意の形状とすることができる。放熱接続部94の形状は、円柱のほか、四角柱や六角柱などの多角柱であってもよい。放熱接続部94の形状は、柱状には限らず、直方体や立方体などの多面体や板状であってもよい。放熱接続部94の形状は、例えば、放熱接続部94は、貫通孔822および貫通孔832に挿通されることなく、コイル基板82bと、フェライト板83bの外側から迂回し、コイル基板82bおよびフェライト板83bとの接触を回避して、第一放熱板90と第二放熱板84とを接続してもよい。
放熱接続部94は、第一放熱板90と第二放熱板84との間で熱を移動させる。本実施形態では、送電コイル112に発生した熱は、第一放熱板90によって吸熱される。第一放熱板90の熱は、放熱接続部94を介して第二放熱板84に放熱される。第二放熱板84に移動した熱は、下面カバー86を介してコイルユニット80b外に放熱される。例えば、放熱接続部94を備える第一放熱板90が上面カバー81に備えられる場合には、放熱接続部94が第二放熱板84の熱を第一放熱板90に放熱させるように設定されてもよい。
以上、説明したように、本実施形態のコイルユニット80bは、さらに、第一放熱板90と、第二放熱板84とを連結する放熱接続部94を備えている。したがって、コイルユニット80b内における送電コイル112に発生する熱の放熱経路を増やすことができ、コイルユニット80b内の放熱性能を向上させることができる。
B2.第2実施形態の他の形態1:
図9には、第2実施形態の他の形態2としてのコイルユニット80bに備えられる放熱接続部94bが例示されている。図9、図10ならびに図12では、第一放熱板90b,90c,90dは、図5等とは異なり、コイル基板82bからの平面視によって模式的に示されている。図9に示す第一放熱板90bの形状等は、上述の第一放熱板90bと同様であるので説明を省略する。コイルユニット80bのそれ以外の構成は第2実施形態のコイルユニット80bと同様である。
図9に示すように、本実施形態では、放熱接続部94bは、複数の本体形成部901~904のそれぞれに一つずつ備えられている。放熱接続部94bの形状は、平板状であり、その面方向が、コイルユニット80b内におけるコイル基板82b、フェライト板83b、第二放熱板84の積層方向に沿って配置される。この形態のコイルユニット80bによれば、複数の本体形成部901~904のそれぞれに放熱接続部94bが備えられるので、コイルユニット80b内における送電コイル112に発生する熱の放熱経路をより増やすことができ、コイルユニット80b内の放熱性能をより向上させることができる。
本実施形態のコイルユニット80bによれば、一つの本体形成部に一つの放熱接続部94bを有することにより、本体形成部901~904のそれぞれは、放熱接続部94bを介した第二放熱板84との電気的な接続箇所は、1カ所のみとなる。そのため、本体形成部901~904のそれぞれと、第二放熱板84とでは、閉回路が形成されない。したがって、本実施形態のコイルユニット80bによれば、第一放熱板90bと、放熱接続部94bと、第二放熱板84とを流通する渦電流の発生を低減または防止することができる。
B3.第2実施形態の他の形態2:
図10および図11Aを用いて、第2実施形態の他の形態2としてのコイルユニット80bに備えられる放熱接続部94cの構成について説明する。図10には、放熱接続部94cの例が示されている。図10に示す第一放熱板90cの形状等は、上述の第一放熱板90cと同様であるので説明を省略する。
図10に示すように、本実施形態では、放熱接続部94cは、複数の本体形成部905のそれぞれに一つずつ備えられている。本実施形態では、放熱接続部94cのそれぞれの形状は、平板状であり互いに一致している。放熱接続部94cのそれぞれは、第一放熱板90bと第二放熱板84とを連結可能な程度に、コイルユニット80b内の積層方向に沿って長尺な形状を有している。図10に示すように、放熱接続部94cのそれぞれは、その面方向が送電コイル112の中心軸CXを中心とする放射状となる向きで配置されている。換言すれば、放熱接続部94cのそれぞれの面方向は、送電コイル112から発生する磁束が放熱接続部94cに鎖交する向きと平行にされている。なお、放熱接続部94cの形状は、平板状に限らず、立方体や円柱、四角柱や六角柱などの多角柱であってもよく、直方体や立方体などの多面体などの任意の形状で設定されてよい。複数の本体形成部905に備えられる放熱接続部94cのそれぞれの形状は、必ずしも互いに一致させる必要はなく、互いに異なる形状であってもよい。
図11Aには、図10に示す第一放熱板90cに含まれる複数の本体形成部905のうち、一つの本体形成部905Aが拡大して示されている。図11Aには、送電コイル112から受電コイル212への給電時に送電コイル112の周囲に発生する磁束のうち、送電コイル112の第二面82B側に発生する磁束の向きD1と、平板状の放熱接続部94cの面方向SDとが概念的に示されている。
図11Aには、さらに、比較例としての放熱接続部94Rが破線により示されている。放熱接続部94Rは、その面方向SDRが磁束の向きD1に対して垂直になるように配置されている例を示している。放熱接続部94Rは、その面方向が磁束の向きD1に対して垂直であるため、送電コイル112から発生される磁束を遮断し得る。そのため、放熱接続部94Rは、送電コイル112から受電コイル212への送電性能を低下させ得る。これに対して、本実施形態では、複数の放熱接続部94cのそれぞれは、放熱接続部94cの面方向SDと、磁束の向きD1とが互いに平行となるように配置されるため、放熱接続部94Rと比較して、送電コイル112から発生される磁束が第一放熱板90cによって遮断されることを低減または抑制することができる。したがって、本実施形態のコイルユニット80bによれば、送電コイル112から受電コイル212への送電性能の低下を低減または防止することができる。
本体形成部905に対する放熱接続部94cの配置位置について説明する。図11Aには、本体形成部905の中央905CTが示されている。中央905CTとは、平面視における本体形成部905の形状の中心を意味する。中央905CTは、例えば、本体形成部905の形状の重心で設定されてもよい。
本実施形態のコイルユニット80bでは、図11Aに示すように、放熱接続部94cが、複数の本体形成部905のそれぞれにおいて、本体形成部905の中央に配置されている。したがって、放熱接続部94cは、本体形成部905の熱を効率良く吸熱し、本体形成部905での熱のばらつきを低減または防止することができる。なお、放熱接続部94cは、本体形成部905の中央には限らず、本体形成部905の形状等に照らして、本体形成部905の熱を効率良く吸熱できる位置に配置されてよい。
B4.第2実施形態の他の形態3:
図11Bおよび図11Cを用いて、第2実施形態の他の形態3としてのコイルユニット80bに備えられる放熱接続部940について説明する。図11Bに示すように、放熱接続部940は、第2実施形態で例示した放熱接続部94とは、その形状が異なり、それ以外の構成は、放熱接続部94と同様である。放熱接続部940は、第一接続部943と、第二接続部946と、中間接続部944とを備えている。本実施形態では、コイル基板82bに設けられる貫通孔822は、第一接続部943の形状に対応する形状を有しており、フェライト板83bに備えられる貫通孔832は、第二接続部946の形状に対応する形状を有している。
図11Cに示すように、放熱接続部940は、第一接続部943と、第二接続部946と、中間接続部944とが互いに接続されることによって形成されている。第一接続部943と、第二接続部946と、中間接続部944とは、例えば、溶接によって接続されてよく、銅やアルミなどの熱伝導率の高い金属やアルミナや窒化アルミニウムなどの熱伝導率の高いセラミックスをフィラーとして添加した接着剤などを用いた接着により接続されてもよい。また、放熱接続部940は、成型などにより一体的に形成されてもよく、例えば、金属の切削によって第一接続部943と、第二接続部946と、中間接続部944との各部の形状が形成されてもよい。
図11Bに示すように、第一接続部943は、放熱接続部940のうち、コイル基板82bが有する貫通孔822内に配置される部分である。第一接続部943は、略平板状の外観形状を有している。第一接続部943は、コイル基板82における送電コイル112が配置される領域内に配置されている。ここで、送電コイル112が配置される領域内に第一接続部943が配置される場合には、送電コイル112における導体の巻き方向に対して垂直な断面、すなわち送電コイル112の導体の幅方向の断面積が、第一接続部943の断面積分だけ小さくなり、送電コイル112の電気抵抗が増加し得る。本実施形態では、第一接続部943は、その面方向が送電コイル112の巻き方向と平行な向きとなるように貫通孔822内に配置されている。換言すれば、第一接続部943は、送電コイル112が配置される領域内において、送電コイル112の幅方向に対応する第一接続部943の断面積が最も小さくなるように配置されている。このように構成することにより、第一接続部943が配置された位置での送電コイル112の電気抵抗が増加することを低減または防止することができる。
図11Bに示すように、第二接続部946は、放熱接続部940のうち、フェライト板83bが有する貫通孔832内に配置される部分である。第二接続部946は、略平板状の外観形状を有している。第二接続部946は、その面方向が、送電コイル112の周囲に発生する磁束の向きに平行となるように配置されている。このように構成することにより、送電コイル112から発生する磁束が第二接続部946によって遮断されることを低減または抑制することができる。
中間接続部944は、略平板状の外観形状を有する部材である。中間接続部944は、その面方向がコイル基板82bやフェライト板83bの面方向と平行になるように、コイル基板82bと、フェライト板83bとの間に配置されている。中間接続部944は、第一接続部943と、第二接続部946とを接続するために用いられる。例えば、第一接続部943と、第二接続部946とが互いに充分な強度で接続される場合などには、中間接続部944は省略されてもよい。
以上のように、本実施形態のコイルユニット80bに備えられる放熱接続部940は、貫通孔822内では、その面方向と、送電コイル112の巻き方向とが平行な向きとなる形状とされ、かつ、フェライト板83bの貫通孔832内では、その面方向と、磁束の向きとが互いに平行となる形状とされている。この形態のコイルユニット80bによれば、放熱接続部940による放熱性能を得つつ、放熱接続部940が配置された位置での送電コイル112の電気抵抗が増加することを低減または防止するとともに、送電コイル112の周囲に発生する磁束が放熱接続部940によって遮断されることを低減または抑制することができ、送電コイル112から受電コイル212への送電効率が低下することを低減または防止することができる。
B5.第2実施形態の他の形態4:
図12には、第2実施形態の他の形態4としてのコイルユニット80bに備えられる放熱接続部94dが例示されている。図12に示す第一放熱板90dの構成は、上述した第一放熱板90dと同様であるので説明を省略する。本実施形態のコイルユニット80bでは、複数の第一放熱板90dのそれぞれに放熱接続部94dが設けられている。放熱接続部94dは、第一放熱板90dのそれぞれの中央に配置されている。放熱接続部94dは、第一放熱板90dごとに一つずつ設けられるほか、複数の本体形成部906のうち一つの本体形成部906にのみ放熱接続部94dが設けられてもよい。このように、放熱接続部94dの形状、数、配列は、第一放熱板90dの形状、数、配列などに応じて任意に設定されてもよい。
C.第3実施形態:
図13に示すように、第3実施形態のコイルユニット80cは、第一放熱板90に代えて第一放熱板90eを備える点と、フェライト板83に代えてフェライト板83cを備える点とにおいて、第1実施形態のコイルユニット80とは相違する。コイルユニット80cのそれ以外の構成は、第1実施形態のコイルユニット80と同様である。フェライト板83cは、第一放熱板90eを備える点において、第1実施形態でのフェライト板83とは相違し、それ以外の構成は、第1実施形態のフェライト板83と同様である。
第1実施形態では、第一放熱板90が、樹脂モールドによって、上面カバー81内に埋め込まれている例を示した。これに対して、本実施形態では、図13に示すように、第一放熱板90eがフェライト板83cに備えられている点において第1実施形態とは相違する。また、第1実施形態では、第一放熱板90が、コイル基板82の第一面82Tと対向する位置に備えられる例を示した。これに対して、本実施形態では、第一放熱板90eは、図13に示すように、コイル基板82の第二面82Bと対向する位置に備えられている点において第1実施形態とは相違する。
第一放熱板90eの本体部97は、4つの本体形成部907を備えている。本体形成部907のそれぞれは、フェライト板83cの貫通孔に嵌合されており、フェライト板83cのコイル載置面83Tから底面83Bまでに至るように配置されている。本体形成部907は、第二放熱板84の上面84Tの接点843で第二放熱板84と当接している。これにより、本体形成部907は、送電コイル112に発生する熱を第二放熱板84に伝熱させる。第二放熱板84の熱は、下面カバー86から外部に放熱される。
本実施形態では、4つの本体形成部907は、互いに離間して配置されている。本実施形態では、本体形成部907が互いに離間されることによって、本体形成部907の間に存在するフェライト板83cが絶縁部92として機能する。本体形成部907は、送電コイル112から発生する磁束のうち、フェライト板83c内を通る磁束が遮断されることを回避することができる程度の大きさや配置で設定されることが好ましい。本実施形態では、本体形成部907のそれぞれは、平面視で送電コイル112と重なる位置に配置されている。本体形成部907は、送電コイル112から発生する磁束の向きに沿った形状であることが好ましい。
本実施形態のコイルユニット80cによれば、第一放熱板90eの複数の本体形成部907は、フェライト板83cにおける底面83Bと対向する位置に備えられる。したがって、送電コイル112から発生する熱を直接的に第二放熱板84に放熱することができ、コイルユニット80cのコイル対向面とは逆側への放熱性能を向上させることができる。
D.他の実施形態:
(D1)上記第2実施形態では、第一放熱板90ひとつあたりに一つの放熱接続部94が備えられる例を示した。これに対して、第一放熱板90ひとつあたりに、複数の放熱接続部94が備えられてもよい。ここで、複数の放熱接続部94によって、第一放熱板90と第二放熱板84とが連結される場合には、第一放熱板90と、第二放熱板84と、複数の放熱接続部94とによって閉回路が形成され得る。この場合において、複数の放熱接続部94は、互いに近接する位置に配置されることが好ましい。このように配置することにより、複数の放熱接続部94によりコイルユニット80bの放熱性能を向上しつつ、送電コイル112と受電コイル212との給電時に送電コイル112に発生する磁束によって第一放熱板90に発生し得る渦電流を小さくすることができる。
図14には、第一放熱板90が第一放熱接続部941と、第二放熱接続部942との二つの放熱接続部941,942を備える例が示されている。図14には、本体部97のうち、切欠きである絶縁部92に面する端部97E1と、絶縁部92を挟んで端部97E1とは反対側の端部97E2とが示されている。図14に示すように、第一放熱接続部941と、第二放熱接続部942とは、本体部97のうち端部97E1において互いに近接するように配置されている。したがって、複数の放熱接続部941,942により第一放熱板90の放熱性能を向上しつつ、第一放熱板90と、第二放熱板84と、放熱接続部94とで形成される閉回路を小さくすることができ、第一放熱板90に発生し得る渦電流を小さくすることができる。
(D2)上記各実施形態では、コイルユニット80が送電器100に備えられる例を示したが、これに対して、上記各実施形態のコイルユニット80は、送電器100のコイルユニット80とともに、または送電器100のコイルユニット80に代えて、受電器205に備えられてもよい。この場合において、受電コイル212が、第二コイルとして機能する送電コイル112からの交流電力を受電するための第一コイルとして機能する。
(D3)上記第1実施形態では、第一放熱板90がコイル基板82の第一面82Tと対向する位置に備えられる例を示し、上記第3実施形態では、第一放熱板90eがフェライト板83cに備えられる例を示した。これに対して、図15に示すように、第一放熱板90は、コイル基板82の第二面82Bと、フェライト板83bのコイル載置面83Tとの間に備えられてもよい。
図15に示すコイルユニット80dの構成は、第2実施形態のコイルユニット80bの構成とは、第一放熱板90の配置位置が異なる点と、貫通孔832の形状が異なる点と、貫通孔822が備えられない点において相違し、それ以外の構成は、第2実施形態のコイルユニット80bと同様である。貫通孔832は、放熱接続部94cの形状に対応する形状を有している。図15に示すように、本実施形態では、第一放熱板90の配置位置は、コイル基板82の第二面82Bと対向する位置に該当する。また、第一放熱板90の本体部97は、平面視で送電コイル112と重なる位置に配置されている。この結果、第一放熱板90は、磁束密度の小さい送電コイル112の直下となる位置に配置される。このように構成することにより、第一放熱板90を、コイル基板82の第二面82Bと対向する位置においても、磁束密度がより低い位置に配置することができる。
第一放熱板90は、放熱接続部94cを備えている。放熱接続部94cは、上述した放熱接続部94cと同様の形状を有しており、フェライト板83bの貫通孔832内において、その面方向が送電コイル112から発生する磁束の向きと平行になるように配置されている。このように構成することにより、送電コイル112から発生する磁束が放熱接続部94cによって遮断されることを低減または防止することができる。
この形態のコイルユニット80dによれば、第一放熱板90は、コイル基板82の第二面82Bと、フェライト板83bのコイル載置面83Tとの間に備えられている。したがって、コイル基板82から発生する熱を、第二放熱板84に伝熱しやすくすることができ、コイルユニット80dのコイル対向面とは逆側への放熱性能を向上させることができる。
本開示は、上述の実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
80,80b,80c,80d…コイルユニット、82B…第二面、82T…第一面、83,83b,83c…フェライト板、83B…底面、83T…コイル載置面、90,90b,90c,90d,90e…第一放熱板、92…絶縁部、112…送電コイル、212…受電コイル

Claims (12)

  1. コイルユニット(80,80b,80c,80d)であって、
    コイル載置面(83T)と、前記コイル載置面の裏側に位置する底面(83B)とを有するフェライト板(83,83b,83c)と、
    交流電力を送電または受電するための第一コイル(112,212)であって、前記第一コイルとは異なる第二コイル(212,112)と対向させるための第一面(82T)と、前記第一面の反対側に位置し、前記コイル載置面と対向する位置に配置される第二面(82B)とを備える第一コイルと、
    前記第一面または前記第二面と対向する位置に配置される第一放熱板(90,90b,90c,90d,90e)であって、前記交流電力の送電または受電の際に前記第一コイルが発生させる磁束によって前記第一放熱板に発生する渦電流を低減するための絶縁部(92)を有する第一放熱板と、を備える、
    コイルユニット。
  2. 請求項1に記載のコイルユニットであって、
    さらに、前記第一面を覆い、前記第一面を保護するためのカバー(81,81b)を備え、
    前記第一放熱板は、前記カバーにおける前記第一面と対向する位置に備えられる、
    コイルユニット。
  3. 請求項1または請求項2に記載のコイルユニットであって、
    前記第一放熱板は、開口部(98)と、前記開口部を囲む本体部(97)と、を備え、
    前記絶縁部は、前記開口部を囲む前記本体部の内縁(97A)から前記本体部の外縁(97B)までを分断する切欠きである、
    コイルユニット。
  4. 請求項3に記載のコイルユニットであって、
    前記開口部は、前記第一コイルの中心軸(CX)上に配置され、
    前記本体部は、平面視で前記第一コイルと重なる位置に配置される、
    コイルユニット。
  5. 請求項3または請求項4に記載のコイルユニットであって、
    前記本体部は、前記切欠きを複数備え、
    さらに、前記本体部を形成するための複数の本体形成部(901~907)であって、複数の前記切欠きによって形成される複数の本体形成部、を備える、
    コイルユニット。
  6. 請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載のコイルユニットであって、
    さらに、前記フェライト板を介した前記第一コイルの逆側であって、前記底面と対向する位置に配置される第二放熱板(84)と、
    前記第一放熱板と、前記第二放熱板とを連結する放熱接続部(94,94b,94c,94d,940,941,942)を備える、
    コイルユニット。
  7. 請求項5に従属する請求項6に記載のコイルユニットであって、
    前記放熱接続部は、前記複数の本体形成部のそれぞれに一つずつ備えられる、
    コイルユニット。
  8. 請求項7に記載のコイルユニットであって、
    前記放熱接続部は、前記複数の本体形成部のそれぞれの中央(905CT)に配置される、
    コイルユニット。
  9. 請求項6から請求項8までのいずれか一項に記載のコイルユニットであって、
    前記放熱接続部は、前記放熱接続部と交差する前記磁束の向き(D1)に沿った形状である、
    コイルユニット。
  10. 請求項6から請求項9までのいずれか一項に記載のコイルユニットであって、
    前記第一放熱板と、前記第二放熱板と、前記放熱接続部とが閉回路を形成しない、
    コイルユニット。
  11. 請求項5に記載のコイルユニットであって、
    前記複数の本体形成部は、前記フェライト板における前記第二面と対向する位置に備えられる、
    コイルユニット。
  12. 請求項1から請求項11までのいずれか一項に記載のコイルユニットであって、
    前記第一放熱板は、透磁率が小さい材料を含む、
    コイルユニット。
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