JP6394534B2 - 受電装置および送電装置 - Google Patents

Description

本発明は、コイルと、フェライトと、フィルタコイルとを含む受電装置および送電装置に関する。

従来から送電装置から非接触で受電装置に電力を送電する非接触充電システムについて各種提案されている（特許文献１〜５）。

特開２００８−１２０２３９号公報には、コイルおよびＥ型コアとを含むコイルユニットについて記載されている。Ｅ型コアは、上方から平面視すると、長方形形状に形成されており、両辺部に形成された凸部と、中央部に形成された中央凸部とを含む。

このＥ型コアは、複数のブロックコアを積層することで形成されており、ブロックコア同士は互いに接触するように配置されている。そして、コイルがＥ型コアの中央凸部に装着されている。

特開２０１３−１５４８１５号公報 特開２０１３−１４６１５４号公報 特開２０１３−１４６１４８号公報 特開２０１３−１１０８２２号公報 特開２０１３−１２６３２７号公報 特開２００８−１２０２３９号公報

送電装置は、上記のコイルユニットを含み、当該コイルユニットには周波数変換器などが接続されることが多い。また、受電装置は、上記のコイルユニットと、コイルユニットが受電した交流電力を直流電力に変換して、バッテリなどの直流負荷に供給する整流器を含む。

送電装置の周波数変換器や受電装置の整流器は、複数のスイッチング素子を含み、スイッチングによってノイズが発生する場合がある。ノイズが、コイルユニットのコイルから外部に放射されることを抑制するために、コイルと周波数変換器との間やコイルと整流器との間にフィルタが配置される。フィルタは、一般的に、インダクタコアと、このフィルタコアに巻きつけられるフィルタコイルとを含む。

このようなフィルタを受電装置や送電装置内に収容すると、受電装置および送電装置の体格が大きくなるという課題が生じる。

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、フィルタを組み込みつつも、装置の大型化が抑制された受電装置および送電装置を提供することである。

本発明に係る受電装置は、１つの局面において、外部に設けられた送電装置と対向配置された状態で送電装置から非接触で電力を受電する受電装置である。この受電装置は、送電装置と対向する受電装置から送電装置に向かう方向に延びる第１巻軸の周囲を取り囲むように形成され、開口部が形成された受電コイルと、受電コイルの内側に設けられると共に方向に延びる第２巻軸の周囲を取り囲むように形成されたフィルタコイルと、受電コイルとフィルタコイルとが配置されるフェライトとを備える。上記フェライトは、送電装置と対向する対向面と、対向面と反対側に位置する背面とを含む。上記フェライトは、対向面側に受電コイルが配置される環状のコイル台と、コイル台のうち受電コイルよりも内側に位置する部分から方向に向けて突出する突出部を含む。上記フェライトの背面には、突出部とコイル台とによって中空部が形成される。上記受電コイルは、突出部の外周面側に設けられ、フィルタコイルは、中空部の内周面に沿って設けられる。

上記の受電装置によれば、フェライトをフィルタコイルの磁気回路に組み込むことができ、フィルタコイルを受電装置内に組込んだとしても、受電装置の大型化を抑制することができる、また、フィルタコイルがフェライトの背面に形成された中空部内に収容され、受電コイルがフェライトの対向面側に配置されているため、フィルタコイルと受電コイルとが磁気的に結合することが抑制されている。さらに、フィルタコイルが中空部の内周面に沿って延びるように配置されているため、フィルタコイルの中空部に各種の機器を配置することができる。

好ましくは、受電装置は、中空部内に設けられ、中空部の内周面に沿って延びるインダクタコアをさらに備える。上記インダクタコアは、コイル台と突出部とに磁気的に接続され、上記フィルタコイルは、インダクタコアの外周面に設けられる。

上記の受電装置によれば、フィルタコイルによって生じる磁束が通る磁気経路の低抵抗化を図ることができ、フィルタコイルの巻き数を減らすことができる。

本発明に係る送電装置は、１つの局面では、外部に設けられた受電装置と対向配置された状態で受電装置に非接触で電力を送電する送電装置である。送電装置は、受電装置と対向する送電装置から受電装置に向かう方向に延びる第１巻軸の周囲を取り囲むように形成された中空の送電コイルと、送電コイルの内側に設けられると共に方向に延びる第２巻軸の周囲を取り囲むように形成されたフィルタコイルと、送電コイルとフィルタコイルとが配置されるフェライトとを備える。上記フェライトは、受電装置と対向する対向面と、対向面と反対側に位置する背面とを含む。

上記フェライトは、対向面側に送電コイルが配置される環状のコイル台と、コイル台のうち送電コイルよりも内側に位置する部分から方向に向けて突出する突出部を含む。上記フェライトの背面には、突出部とコイル台とによって中空部が形成される。上記送電コイルは、突出部の外周側に設けられ、フィルタコイルは、中空部の内周面に沿って設けられる。

上記の送電装置によれば、フィルタコイルを送電装置内に組込んだとしても、送電装置が大型化することを抑制することができる。また、フィルタコイルと、送電コイルとが磁気的に結合することを抑制することができると共に、フィルタコイルに設けられるコアを省略または、当該コアのコンパクト化を図ることができる。

好ましくは、送電装置は、中空部内に設けられ、中空部の内周面に沿って延びるインダクタコアをさらに備える。上記インダクタコアは、コイル台と突出部とに磁気的に接続される。上記フィルタコイルは、インダクタコアの外周面に設けられる。

上記送電装置によれば、フィルタコイルによって生じる磁束が通る磁気経路の低抵抗化を図ることができ、フィルタコイルの巻き数を減らすことができる。

本発明に係る受電装置および送電装置によれば、フィルタコイルを装置内に組み込んだとしても、受電装置および送電装置の大型化を抑制することができる。

非接触充電システム１を模式的に示す模式図である。 非接触充電システム１を模式的に示す回路図である。 受電装置５を示す分解斜視図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線における断面図であり、受電装置５を示す断面図である。 受電装置５の下方からコイル台３０、受電コイル９およびフィルタ１１などを平面視したときの平面図である。 送電装置３を示す分解斜視図である。 図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線における断面図である。 送電装置３の上方からフェライト５８、送電コイル２２、フィルタ２４などを平面視したときの平面図である。

図１は、非接触充電システム１を模式的に示す模式図であり、図２は、非接触充電システム１を模式的に示す回路図である。図１および図２に示すように、非接触充電システム１は、受電ユニット４が搭載された車両２と、送電装置３とを備える。

受電ユニット４は、送電装置３から非接触で電力を受電する受電装置５と、受電装置５が受電した電力を蓄電するバッテリ６とを含む。

受電装置５は、コイルユニット７と、コイルユニット７を収容する筐体８とを含む。コイルユニット７は、受電コイル９と、受電コイル９に直列接続されたコンデンサ１０と、フィルタ１１と、整流器１２とを含む。

整流器１２は、受電コイル９が受電した交流電力を直流電力に変換してバッテリ６に供給する。なお、整流器１２は、図示しない複数のスイッチング素子を含む。

フィルタ１１は、受電コイル９と整流器１２との間に接続されたフィルタコイル１３と、コンデンサ１０と整流器１２との間に接続されたフィルタコイル１４とを含む。フィルタ１１は、整流器１２が駆動することで生じるノイズが受電コイル９から外部に放射されることを抑制する。

送電装置３は、コイルユニット２０と、コイルユニット２０を収容する筐体２１とを含む。

コイルユニット２０は、送電コイル２２と、送電コイル２２に接続されたコンデンサ２３と、フィルタ２４と、周波数変換器２５とを含み、周波数変換器２５が電源２６に接続されている。

周波数変換器２５は、図示しない複数のスイッチング素子を含み、電源２６から供給される交流電流の周波数を変更すると共に、電圧を昇圧して、送電コイル２２に向けて供給する。

フィルタ２４は、周波数変換器２５において発生するノイズが送電コイル２２に達することを抑制する。フィルタ２４は、コンデンサ２３と周波数変換器２５との間に設けられたフィルタコイル２７と、周波数変換器２５および送電コイル２２の間に設けられたフィルタコイル２８とを含む。

なお、図２に示す例においては、フィルタとして、フィルタコイルを含む構成について例示しているが、当該一対のフィルタコイルと周波数変換器２５との間に、送電コイル２２に対して並列になるようにコンデンサを配置してもよい。

ここで、送電装置３が受電ユニット４に非接触で電力を送電し、受電装置５が送電装置３から非接触で電力を受電する際には、図１に示すように、送電装置３と受電装置５とは、互いに対向するように位置合わせされる。

この図１に示す例においては、受電装置５が車両２の底面に配置され、送電装置３が地面に配置されているため、受電装置５と送電装置３とは、上下方向に対向する。

このため、本実施の形態においては、送電装置３と対向する受電装置５から送電装置３に向かう方向は、下方向Ｄになる。また、受電装置５と対向する送電装置３から受電装置５に向かう方向は、上方向Ｕになる。

なお、上記の各方向は、受電装置５および送電装置３の搭載位置によって、各種異なる方向になる。

図３は、受電装置５を示す分解斜視図である。この図３に示すように、受電装置５は、コイルユニット７と、筐体８とを含み、筐体８は、金属製のベース板１６と、ベース板１６を覆うように設けられた樹脂蓋１７とを含む。

コイルユニット７は、フェライト１５を含み、フェライト１５の下面に受電コイル９が配置される。受電コイル９は、下方向Ｄに延びる巻軸Ｏ２（第１巻軸）の周囲を取り囲むように環状に形成されており、受電コイル９の中央には、開口部が形成されている。

図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線における断面図であり、受電装置５を示す断面図である。この図４において、受電装置５が電力を受電する際には、受電装置５の下方向Ｄに送電装置３が配置される。このため、フェライト１５の下面が送電装置３との対向面４０となり、フェライト１５の上面が背面４１となる。フェライト１５は、対向面４０側に受電コイル９が配置される環状のコイル台３０と、コイル台３０のうち受電コイル９よりも内側に位置する部分に設けられた中央フェライト３１とを含む。

コイル台３０は、複数の分割フェライト３５を環状に間隔をあけて配置することで形成されている。そして、中央フェライト３１は、複数の分割フェライト３６を互いに間隔をあけてアレイ状に配置されており、コイル台３０の開口部を閉塞するように設けられている。

そして、中央フェライト３１（突出部）は、コイル台３０のうち受電コイル９よりも内側に配置されており、コイル台３０から下方向Ｄに突出するように設けられている。

このため、フェライト１５の背面４１には、中央フェライト３１およびコイル台３０によって、中空部３７が形成されている。

受電装置５は、中空部３７内に配置されたフィルタコア４５を備える。受電コイル９は、コイル台３０の対向面４０側に配置され、フィルタ１１は、背面４１側であって、中空部３７内に配置される。そして、フィルタ１１は、フィルタコア４５に装着されている。フィルタ１１は、フィルタコイル１３およびフィルタコイル１４を含み、フィルタコイル１３，１４は、下方向Ｄに延びる巻軸Ｏ４の周囲を取り囲むように形成されている。なお、フィルタコイル１３およびフィルタコイル１４は、上下方向に配列するようにフィルタコア４５に装着されている。

図５は、受電装置５の下方からコイル台３０、受電コイル９およびフィルタ１１などを平面視したときの平面図である。なお、この図５においては、中央フェライト３１は、省略されている。

この図５に示すように、フィルタコイル１３，１４およびフィルタコア４５は中空部３７の内周面４８に沿って延びており、環状に形成されている。図４に示すように、フィルタコア４５は、フィルタ１１の上面に設けられた天板部５０と、天板部５０の内周縁部から下方向Ｄに延びる筒部５１とを含む。そして、フィルタコイル１３，１４は、筒部５１の外周面に巻きつけられている。

なお、筒部５１は、中央フェライト３１に近接しており、筒部５１と中央フェライト３１とが磁気的に接続されている。天板部５０の外周縁部も内周面４８に近接しており、じ天板部５０とコイル台３０とが磁気的に接続されている。

そして、受電時に、フィルタコイル１３およびフィルタコイル１４に交流電流が流れると、フィルタコイル１３およびフィルタコイル１４の周囲に磁束が形成される。この磁束は、たとえば、天板部５０、コイル台３０、中央フェライト３１および筒部５１を通る磁気回路ＣＬ１を流れる。このように、フィルタコイル１３，１４によって形成される磁束が良好に流れるため、フィルタコイル１３，１４のＬ値を大きく確保することができる。

ここで、フェライト１５は、受電時に、送電装置３からの磁束が流入出する部分であり、本実施の形態に係る受電装置５においては、当該フェライト１５をフィルタコイル１３，１４の磁束の磁気経路として利用している。このため、フィルタコア４５に必要なフェライト量を低減することができ、受電装置５の小型化を図ることができる。なお、電力受電時において、送電装置３からの磁束ＭＦは、主に、中央フェライト３１の外周面側を通る。このため、フィルタコイル１３，１４に電流が流れることで形成される磁束と、送電装置３からの磁束ＭＦとは、殆ど干渉しない。

なお、本実施の形態においては、フィルタコア４５が設けられた例について説明したが、フィルタコア４５は必ずしも必須の構成ではない。

たとえば、中空部３７の内周面４８は、フィルタコイル１３，１４のコイル線が延びる方向に長いため、フィルタコイル１３，１４の巻き数を増やすことで、十分なＬ値を確保することができる。

受電コイル９は、コイル台３０の対向面４０側に配置されると共に中央フェライト３１の外周面に設けられており、フィルタコイル１３，１４は、フェライト１５の背面４１であって、中空部３７内に収容されているため、受電コイル９と、フィルタコイル１３，１４とが磁気的に結合することが抑制されている。

図４において、中央フェライト３１を形成する分割フェライト３６が間隔の距離Ｌ１は、分割フェライト３６の幅Ｗ１よりも遥かに小さい。たとえば、幅Ｗ１は、距離Ｌ１の５倍から３０倍となるように形成されている。なお、フィルタコイル１３，１４と、受電コイル９とが磁気結合することを抑制するために、中央フェライト３１と、コイル台３０との間に環状に延びる環状壁を配置するよにしてもよい。

フィルタコイル１３，１４およびフィルタコア４５は、上述のように中空部３７の内周面４８に沿って配置されており、フィルタコイル１３、フィルタコイル１４およびフィルタコア４５の各中央部には開口部が形成されており、フィルタコイル１３、フィルタコイル１４およびフィルタコア４５内には、各種の機器を収容することができる空間が形成されている。

この図４に示す例においては、整流器１２およびコンデンサ１０がフィルタコア４５内に配置されている。

すなわち、本実施の形態に係る受電装置５においては、フィルタコイル１３，１４を分割フェライト３６に沿って配置することで、整流器１２などのように、機器の外形形状に関して設計の自由度の小さい機器を収容するスペースを確保している。これにより、各種の機器を受電装置５内に収めることで、受電装置５を車両２に搭載する際における手間の低減を図ることができると共に、受電装置５の大型化の抑制が図られている。

図６は、送電装置３を示す分解斜視図である。この図６に示すように、送電装置３は、コイルユニット２０と、コイルユニット２０を収容する筐体２１とを含む。筐体２１は、金属製のベース板５６と、このベース板５６を覆うように設けられた樹脂蓋５７とを含む。

コイルユニット２０は、フェライト５８を含み、フェライト５８の上面に送電コイル２２が配置されている。送電コイル２２は、上方向Ｕに延びる巻軸Ｏ１の周囲を取り囲むよように形成され、開口部が形成されている。

図７は、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線における断面図である。この図７において、送電装置３が受電装置５に非接触で電力を送電する際には、受電装置５は、送電装置３の上方向Ｕに配置される。このため、フェライト５８の上面が対向面６０となり、フェライト５８の下面が背面６１となる。

フェライト５８は、対向面６０側に送電コイル２２が配置されるコイル台６２と、コイル台６２のうち送電コイル２２よりも内側に位置する部分に設けられた中央フェライト６３とを含む。

コイル台６２は、複数の分割フェライト６４を含み、各分割フェライト６４は、互いに間隔をあけて配置されている。そして、中央フェライト６３は、アレイ状に配置された複数の分割フェライト６５を含む。この中央フェライト６３は、コイル台６２の開口部を閉塞するように配置されており、コイル台６２の上面から上方向Ｕに突出するように設けられている。

このため、フェライト５８の背面６１には、コイル台６２および中央フェライト６３によって、中空部６６が形成されている。そして、送電装置３は、中空部６６内に設けられたフィルタコア６７を含む。

そして、フィルタコイル２７およびフィルタコイル２８は、フィルタコア６７に装着されており、フィルタコイル２７およびフィルタコイル２８も、中空部６６内に収容されている。

なお、フィルタコイル２７，２８は、上方向Ｕに延びる巻軸Ｏ４の周囲を取り囲むように形成され、開口部が形成されている。なお、フィルタコイル２７とフィルタコイル２８とは、上下方向に配列するように設けられている。

図８は、送電装置３の上方からフェライト５８、送電コイル２２、フィルタ２４などを平面視したときの平面図である。この図８においては、中央フェライト６３は図示していない。

この図８に示すように、フィルタコイル２７，２８およびフィルタコア６７は、中空部６６の内周面６８に沿って配置されている。図７に示すように、フィルタコア６７は、送電コイル２２の下面側に配置された下面部７０と、下面部７０の内周縁部から上方向Ｕに向けて延びる筒部７１とを含む。筒部７１の外周面にフィルタコイル２７，２８が巻回されている。

なお、筒部７１は、中央フェライト６３に近接するように設けられており、筒部７１と中央フェライト６３とは磁気的に結合している。また、下面部７０は、分割フェライト６４の内周面に近接しており、下面部７０と分割フェライト６４とは、磁気的に結合している。

ここで、電力送電時には、フィルタコイル２７およびフィルタコイル２８には、交流電流が流れ、各フィルタコイル２７，２８の周囲には、磁束が形成される。この磁束は、たとえば、筒部７１、中央フェライト６３、コイル台６２および下面部７０を通る磁気回路ＣＬ２を流れる。

このように、フィルタ２４によって形成される磁束が良好に流れるため、フィルタコイル２７，２８のＬ値を大きく確保することができる。

ここで、フェライト５８は、電力送電時に、送電コイル２２の周囲に形成される磁束が流れる。このように、フェライト５８は、送電装置３に送電するための磁束が通る部材であり、当該フェライト５８をフィルタコイル２７，２８の磁束が通る磁気回路の一部として利用している。

このため、フィルタコイル２７，２８のＬ値を確保するために必要なコアを小さく抑えることができる。これにより、フィルタ１１の小型化および部品点数の低減を図ることができ、送電装置３の小型化およびコスト低減を図ることができる。

なお、図７などに示す例においては、フィルタコア６７が設けられた例について説明したが、フィルタコア６７は必須の構成要件ではなく、フィルタコイル２７，２８の巻き数を増やすことで省略することができる。

送電コイル２２は、フェライト５８の対向面６０側に配置されると共に、中央フェライト６３の外周面側に設けられている。その一方で、フィルタコイル２７，２８はフェライト５８の背面６１側であって、中空部６６内に収容されている。このため、フィルタコイル２７，２８と、送電コイル２２とが磁気的に結合することが抑制されている。

また、送電装置３においても、分割フェライト６５間の隙間の長さＬ２は、分割フェライト６５の幅Ｗ２よりも遥かに小さいため、送電コイル２２とフィルタコイル２７，２８が磁気的に結合することが抑制されている。

図８および図７に示すように、フィルタコイル２７、２８およびフィルタコア６７が内周面６８に沿って延びるように形成されているため、中空状に形成されたフィルタコア６７内に各種の機器を収容するスペースが確保されている。

本実施の形態においては、上記のスペースにコンデンサ２３および周波数変換器２５が収容されている。これにより、送電装置３を設置する際における手間を低減することができると共に、送電装置３の大型化を抑制することができる。

なお、今回開示された実施の形態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。

本発明は、受電装置および送電装置に適用することができる。

１ 非接触充電システム、２ 車両、３ 送電装置、４ 受電ユニット、５ 受電装置、６ バッテリ、７，２０ コイルユニット、８，２１ 筐体、９ 受電コイル、１０，２３ コンデンサ、１１，２４ フィルタ、１２ 整流器、１３，１４，２７，２８ フィルタコイル、１５，５８ フェライト、１６，５６ ベース板、１７，５７ 樹脂蓋、２２ 送電コイル、２５ 周波数変換器、２６ 電源、３０，６２ コイル台、３１，６３ 中央フェライト、３５，３６，６４，６５ 分割フェライト、３７，６６ 中空部、４０，６０ 対向面、４１，６１ 背面、４５，６７ フィルタコア、４８，６８ 内周面、５０ 天板部、５１，７１ 筒部、７０ 下面部。

Claims (4)

1. 外部に設けられた送電装置と対向配置された状態で前記送電装置から非接触で電力を受電する受電装置であって、
   前記送電装置と対向する前記受電装置から前記送電装置に向かう方向に延びる第１巻軸の周囲を取り囲むように形成され、開口部が形成された受電コイルと、
   前記受電コイルの内側に設けられると共に前記方向に延びる第２巻軸の周囲を取り囲むように形成されたフィルタコイルと、
   前記受電コイルと前記フィルタコイルとが配置されるフェライトとを備え、
   前記フェライトは、前記送電装置と対向する対向面と、前記対向面と反対側に位置する背面とを含み、
   前記フェライトは、前記対向面側に前記受電コイルが配置される環状のコイル台と、前記コイル台のうち前記受電コイルよりも内側に位置する部分から前記方向に向けて突出する突出部を含み、
   前記フェライトの前記背面には、前記突出部と前記コイル台とによって中空部が形成され、
   前記受電コイルは、前記突出部の外周面側に設けられ、
   前記フィルタコイルは、前記中空部の内周面に沿って設けられた、受電装置。
2. 前記中空部内に設けられ、前記中空部の内周面に沿って延びるインダクタコアをさらに備え、
   前記インダクタコアは、前記コイル台と前記突出部とに磁気的に接続され、
   前記フィルタコイルは、前記インダクタコアの外周面に設けられた、請求項１に記載の受電装置。
3. 外部に設けられた受電装置と対向配置された状態で前記受電装置に非接触で電力を送電する送電装置であって、
   前記受電装置と対向する送電装置から前記受電装置に向かう方向に延びる第１巻軸の周囲を取り囲むように形成され、開口部が形成された送電コイルと、
   前記送電コイルの内側に設けられると共に前記方向に延びる第２巻軸の周囲を取り囲むように形成されたフィルタコイルと、
   前記送電コイルと前記フィルタコイルとが配置されるフェライトとを備え、
   前記フェライトは、前記受電装置と対向する対向面と、前記対向面と反対側に位置する背面とを含み、
   前記フェライトは、前記対向面側に前記送電コイルが配置される環状のコイル台と、前記コイル台のうち前記送電コイルよりも内側に位置する部分から前記方向に向けて突出する突出部を含み、
   前記フェライトの前記背面には、前記突出部と前記コイル台とによって中空部が形成され、
   前記送電コイルは、前記突出部の外周側に設けられ、
   前記フィルタコイルは、前記中空部の内周面に沿って設けられた、送電装置。
4. 前記中空部内に設けられ、前記中空部の内周面に沿って延びるインダクタコアをさらに備え、
   前記インダクタコアは、前記コイル台と前記突出部とに磁気的に接続され、
   前記フィルタコイルは、前記インダクタコアの外周面に設けられた、請求項３に記載の送電装置。

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