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公開番号2021027770
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210222
出願番号2019146565
出願日20190808
発明の名称受電機器及び送電機器
出願人株式会社SOKEN,株式会社デンソー
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H02J 50/12 20160101AFI20210125BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】積層配置されたコイルを有する送電機器及び受電機器を効率的に冷却する構造を提供することにある。
【解決手段】非接触で給電を行う非接触給電システム10の受電機器30において、複数の受電コイル36u,36v,36wと、冷却面41を有する冷却部40と、各受電コイル36u,36v,36wと冷却部40の冷却面41との間に設けられた台座部45と、を備え、複数の受電コイル36u,36v,36wが、冷却面41上で積層されるとともに、積層方向と直交する直交方向に所定間隔でずらされて配置されることにより、各受電コイル36u,36v,36wには、他の受電コイルを介在させることなく冷却部40の冷却面41に対して対向する対向部36cがそれぞれ設けられており、台座部45は、各受電コイル36u,36v,36wの対向部36cと冷却部40の冷却面41との間を埋めるように、凹凸形状を有する。
【選択図】 図3
特許請求の範囲【請求項1】
地面に埋設されている送電機器(20)と、車両側に設けられている受電機器(30)との間で、非接触で給電を行う非接触給電システム(10)の受電機器(30)において、
複数の受電コイル(36u,36v,36w)と、
前記受電コイルから伝熱される冷却面(41)を有することで該受電コイルを冷却する冷却部(40)と、
前記各受電コイルと前記冷却部の前記冷却面との間に設けられ、前記各受電コイルを前記冷却面上に固定する台座部(45,145)と、を備え、
前記複数の受電コイルが、前記冷却面上で積層されるとともに、積層方向と直交する直交方向に所定間隔でずらされて配置されることにより、前記各受電コイルには、他の受電コイルを介在させることなく前記冷却部の冷却面に対して対向する対向部(36c)がそれぞれ設けられており、
前記台座部は、前記各受電コイルの対向部と前記冷却部の前記冷却面との間を埋めるように、凹凸形状を有する受電機器。
続きを表示(約 1,700 文字)【請求項2】
前記各受電コイルの前記対向部から前記冷却部の前記冷却面までの積層方向における離間距離は、前記受電コイルごとに異なっており、
前記台座部は、前記離間距離に応じて突出寸法が異なる凸部(45a〜45c,145a〜145c)を有する請求項1に記載の受電機器。
【請求項3】
前記受電コイルは、矩形状に巻回された平面コイルであり、前記車両の前後方向に対して直交する幅方向に延びる幅部分(36a)とその間を繋ぐ繋ぎ部分(36b)とを有しており、
前記台座部は、前記受電コイルの前記繋ぎ部分と前記冷却面との間に設けられている請求項1又は請求項2に記載の受電機器。
【請求項4】
前記受電コイルは、U相、V相、W相からなる3相のコイルであって、所定の電気角でずらして積層配置され、
前記電気角で中間に位置する受電コイル(36u)が、前記積層方向における前記冷却面に最も近い位置又は3相のコイルにおける前記積層方向における中間の位置に配されている請求項3に記載の受電機器。
【請求項5】
前記冷却面上には、前記受電コイルの鉄心となるコア(60)が配されており、該コアは、前記冷却面上においてその面方向で分割されており、
前記冷却部には、前記台座部として、分割された前記コアの間であって前記受電コイルの前記対向部に対向する位置から前記受電コイル側に突出する突出部が設けられている請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の受電機器。
【請求項6】
道路に埋設されている送電機器(20)と、車両側に設けられている受電機器(30)との間で、非接触で給電を行う非接触給電システム(10)の送電機器(20)において、
複数の送電コイル(26)と、
前記送電コイルから伝熱される冷却面(41)を有することで該送電コイルを冷却する冷却部(40)と、
前記各送電コイルと前記冷却部の前記冷却面との間に設けられ、前記各送電コイルを前記冷却面上に固定する台座部(45)と、を備え、
前記複数の送電コイルが、前記冷却面上で積層されるとともに、積層方向と直交する直交方向に所定間隔でずらされて配置されることにより、前記各送電コイルには、他の送電コイルを介在させることなく前記冷却部の冷却面に対して対向する対向部(36c)がそれぞれ設けられており、
前記台座部は、前記各送電コイルの対向部と前記冷却部の前記冷却面との間を埋めるように、凹凸形状を有する送電機器。
【請求項7】
前記各送電コイルの前記対向部から前記冷却部の前記冷却面までの積層方向における離間距離は、前記送電コイルごとに異なっており、
前記台座部は、前記離間距離に応じて突出寸法が異なる凸部(45a〜45c,145a〜145c)を有する請求項6に記載の送電機器。
【請求項8】
前記送電コイルは、矩形状に巻回された平面コイルであり、前記道路の延伸方向に対して直交する幅方向に延びる幅部分とその間を繋ぐ繋ぎ部分とを有しており、
前記台座部は、前記送電コイルの前記繋ぎ部分と前記冷却面との間に設けられている請求項6又は請求項7に記載の送電機器。
【請求項9】
前記送電コイルは、U相、V相、W相からなる3相のコイルであって、所定の電気角でずらして積層配置され、
前記電気角で中間に位置するコイルが、前記積層方向における前記冷却面に最も近い位置又は3相のコイルにおける前記積層方向における中間の位置に配されている請求項8に記載の送電機器。
【請求項10】
前記冷却面上には、前記送電コイルの鉄心となるコア(60)が配されており、該コアは、前記冷却面上においてその面方向で分割されており、
前記冷却部には、前記台座部として、分割された前記コアの間であって前記送電コイルの前記対向部に対向する位置から前記送電コイル側に突出する突出部が設けられている請求項6から請求項9のいずれか一項に記載の送電機器。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、道路に埋設された送電機器と車両に取り付けられた受電機器との間において非接触で交流電力を送受電する送電機器及び受電機器に関するものである。
続きを表示(約 7,200 文字)【背景技術】
【0002】
従来、電気自動車等を充電する際に、電源コードや送電ケーブルを用いずに、非接触で相手側に給電する非接触給電システムとして、磁界共振や電磁誘導を用いたものが知られている。電気自動車等の充電のためには、大電力を送受電する必要があり、損失、つまり発熱も大きなものとなりやすい。そのため、受電機器に冷却装置を設けることがある。例えば、特許文献1の冷却装置は、受電機器の筐体の外側に設けられ、この筐体から熱が伝えられる。そして、冷却装置には、その内部に水を流すための流路が設けられており、筐体から伝わった熱が水に放出され、受電機器が冷却される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2018‐93589号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、非接触で交流電力を送受電する際に、電力脈動を抑制するために、コイルを多相化することがある。そして、省スペース化のために、多相化したコイルを積層配置することがある。しかしながら、従来、積層化したコイルを冷却する構造については検討されてきていない。そのため、多相のコイルを積層した時に、冷却装置側に配されたコイルを接するようにして冷却することはできても、冷却装置から離れた他のコイルと冷却装置とを接するようにすることができない。
【0005】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、積層配置されたコイルを有する送電機器及び受電機器を効率的に冷却する構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
第1の手段は、地面に埋設されている送電機器と、車両側に設けられている受電機器との間で、非接触で給電を行う非接触給電システムの受電機器において、複数の受電コイルと、前記受電コイルから伝熱される冷却面を有することで該受電コイルを冷却する冷却部と、前記各受電コイルと前記冷却部の前記冷却面との間に設けられ、前記各受電コイルを前記冷却面上に固定する台座部と、を備え、前記複数の受電コイルが、前記冷却面上で積層されるとともに、積層方向と直交する直交方向に所定間隔でずらされて配置されることにより、前記各受電コイルには、他の受電コイルを介在させることなく前記冷却部の冷却面に対して対向する対向部がそれぞれ設けられており、前記台座部は、前記各受電コイルの対向部と前記冷却部の前記冷却面との間を埋めるように、凹凸形状を有することである。
【0007】
複数の受電コイルが、冷却面上で積層される場合には、その配置によって冷却部から離れた側に配される受電コイルと冷却面との間に他の受電コイルが配され、離れた側に配されている受電コイルが冷却部と接しないことがある。そこで、本手段では、受電コイルに、他の受電コイルを介在させることなく冷却部の冷却面に対して対向する対向部を設け、各対向部と冷却部との間を埋めるような凹凸形状を有する台座部を設けた。これにより、台座部を介して、受電コイルと冷却部とが接し、受電コイルから台座部を介して冷却部に熱が伝わる。そのため、積層配置された多相の受電コイルであっても、冷却部により効率的に冷却することができる。
【0008】
第2の手段は、道路に埋設されている送電機器と、車両側に設けられている受電機器との間で、非接触で給電を行う非接触給電システムの送電機器において、複数の送電コイルと、前記送電コイルから伝熱される冷却面を有することで該送電コイルを冷却する冷却部と、前記各送電コイルと前記冷却部の前記冷却面との間に設けられ、前記各送電コイルを前記冷却面上に固定する台座部と、を備え、前記複数の送電コイルが、前記冷却面上で積層されるとともに、積層方向と直交する直交方向に所定間隔でずらされて配置されることにより、前記各送電コイルには、他の送電コイルを介在させることなく前記冷却部の冷却面に対して対向する対向部がそれぞれ設けられており、前記台座部は、前記各送電コイルの対向部と前記冷却部の前記冷却面との間を埋めるように、凹凸形状を有することである。
【0009】
複数の送電コイルが、冷却面上で積層される場合には、その配置によって冷却部から離れた側に配される送電コイルと冷却面との間に他の送電コイルが配され、離れた側に配されている送電コイルが冷却部と接しないことがある。そこで、本手段では、送電コイルに、他の送電コイルを介在させることなく冷却部の冷却面に対して対向する対向部を設け、各対向部と冷却部との間を埋めるような凹凸形状を有する台座部を設けた。これにより、台座部を介して、送電コイルと冷却部とが接し、送電コイルから台座部を介して冷却部に熱が伝わる。そのため、積層配置された多相の送電コイルであっても、冷却部により効率的に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
非接触給電システムの電気的構成を示す回路図
第1実施形態における受電コイルの斜視図
カバーを外した状態の受電コイルの斜視図
カバーを外した状態の底面図
図4におけるV‐V位置での断面図
図4におけるVI‐VI位置での断面図
図4におけるVII‐VII位置での断面図
図4におけるVIII‐VIII位置での断面図
コアを冷却面上に並べた状態での底面図
コアをホルダで固定した状態での底面図
図6におけるXI位置での図
ホルダの底面図
ホルダの側面図
ホルダの側面図
比較例におけるコアを配置した状態での底面図
比較例と本実施形態の結合係数を示す図
コア高さに対する突出高さとボルト損失割合との関係を示す図
比較例におけるカバーを外した状態の底面図
図18におけるIXX‐IXX位置での断面図
比較例と本実施形態のコイルの最高温度を示す図
第1実施形態におけるカバーを付けた状態の底面図
図21におけるXXII‐XXII位置での断面図
比較例におけるカバーを取り付けた状態での断面図
比較例と本実施形態とのコイルの最高温度を示す図
第2実施形態におけるカバーを外した状態の底面図
図25におけるXXVI‐XXVI位置での断面図
カバーを付けた状態の斜視図
カバーを付けた状態の底面図
図28におけるIXXX‐IXXX位置での断面図
他の実施形態における樹脂ホルダの側面図
【発明を実施するための形態】
【0011】
<第1実施形態>
本実施形態における非接触給電システム10は、商用電源11から供給された電力を、非接触で送電する送電機器20、及び、送電機器20から非接触で電力を受電する受電機器30を備える。送電機器20は、車両が走行する道路(高速道路など)、駐車される駐車スペース等の地面に埋設されている。受電機器30は、電気自動車やハイブリッド自動車などの車両に搭載され、蓄電池としての車載バッテリ12に対して電力を出力することで、車載バッテリ12を充電するものである。
【0012】
図1に本実施形態における非接触給電システム10の電気的構成を示す。非接触給電システム10の送電機器20には、商用電源11が接続されており、商用電源11から供給される交流電力を送電機器20に入力するように構成されている。一方、非接触給電システム10の受電機器30には、車載バッテリ12が接続されており、受電機器30から電力を車載バッテリ12に出力し、充電が実施されるように構成されている。送電機器20は、単相のコイルが複数並列に並んでいる一方、受電機器30は、3相(U相、V相、W相)のコイルを有する。
【0013】
まず、送電機器20について説明する。送電機器20は、商用電源11に接続されるAC−DCコンバータ21と、AC−DCコンバータ21に接続されるインバータ回路22と、インバータ回路22に接続される送電フィルタ回路23と、送電フィルタ回路23に接続される送電共振回路24と、を備える。インバータ回路22、送電フィルタ回路23、及び送電共振回路24は、複数(本実施形態では2つ)設けられており、AC−DCコンバータ21に対して並列に接続されている。
【0014】
AC−DCコンバータ21は、商用電源11から供給される交流電力を直流電力に変換し、インバータ回路22に供給するものである。インバータ回路22から見た場合、AC−DCコンバータ21は、直流電源に相当する。
【0015】
インバータ回路22は、AC−DCコンバータ21から供給される直流電力を所定の周波数(例えば85kHz)の交流電力に変換するものである。このインバータ回路22として、単相インバータを用いている。インバータ回路22は、上下アームを有するフルブリッジ回路により構成されている。各アームに設けられたスイッチング素子のオンオフにより、各相における電流が調整される。
【0016】
送電フィルタ回路23は、インバータ回路22から入力される交流電力から高周波成分を除去するローパスフィルタ回路である。送電フィルタ回路23は、コイルと、コンデンサと、コイルとがT字状に接続されており、イミタンスフィルタとして作用する。
【0017】
送電共振回路24は、送電フィルタ回路23から入力した交流電力を受電機器30に対して出力する回路である。送電共振回路24は、送電側コンデンサ25と、送電コイル26と、が直列接続された送電側共振部24a,24bである。
【0018】
受電機器30は、送電共振回路24から電力を供給される受電共振回路31と、受電共振回路31に接続される受電フィルタ回路32と、受電フィルタ回路32に接続される整流回路33と、整流回路33に接続されるDC−DCコンバータ34と、を備える。
【0019】
受電共振回路31は、非接触で送電共振回路24から電力を入力し、受電フィルタ回路32に出力する回路である。受電共振回路31は、送電共振回路24に対して磁場共鳴可能に構成されている。具体的には、受電共振回路31は、各相に、受電側コンデンサ35u,35v,35wと、受電コイル36u,36v,36wと、が直列接続された受電側共振部31a,31b,31cを備えている。この受電共振回路31と送電共振回路24との共振周波数は同一に設定されている。
【0020】
受電フィルタ回路32は、受電共振回路31から入力される交流電力から高周波成分を除去するローパスフィルタ回路である。受電フィルタ回路32は、コイルと、コンデンサと、コイルとがT字状に接続されており、イミタンスフィルタとして作用する。受電フィルタ回路32は、各相に設けられており、各相のコンデンサの一端(コイルに接続されていない側の端)は、接続点N1で接続されている。
【0021】
整流回路33は、交流電力を全波整流する回路である。本実施形態では、整流回路33として、ダイオードブリッジから構成される全波整流回路を採用したが、6つのスイッチング素子(例えばMOSFET)から構成される同期整流回路を用いてもよい。
【0022】
DC−DCコンバータ34は、整流回路33から入力される直流電力を変圧し、車載バッテリ12に出力するものである。車載バッテリ12は、DC−DCコンバータ34から入力された直流電力を充電する。
【0023】
また、送電機器20には、送電機器20の制御を行う送電制御部27が設けられており、受電機器30には、受電機器30の制御を行う受電制御部37が設けられている。送電制御部27は、AC−DCコンバータ21やインバータ回路22等の制御を行う。受電制御部37は、DC−DCコンバータ34等の制御を行う。また、車両には、ECU13(Electronic Control Unit)が設けられており、受電制御部37に対して指示を行い、車両の走行中に非接触給電を実施させ、車載バッテリ12を充電させる。
【0024】
上記構成によれば、送電機器20及び受電機器30の相対位置が磁場共鳴可能な位置にある状況において、交流電力が送電共振回路24に入力された場合、送電コイル26と、受電コイル36と、が磁場共鳴する。これにより、受電機器30は、送電機器20からエネルギーの一部を受け取る。すなわち、交流電力を受電する。なお、本実施形態では、説明の都合上、送電機器20及び受電機器30の相対位置が磁場共鳴可能な位置にあることを前提とする。
【0025】
次に、図2及び図3を用いて、受電コイル36u,36v,36w及び受電コイル36u,36v,36wを収容して車両に取り付ける筐体Hについて説明する。筐体Hは、受電コイル36u,36v,36wをその平面が地面と平行になるように収容しており、受電コイル36u,36v,36wを冷却し車両への取付構造を有する冷却部40と、受電コイル36u,36v,36wを覆うカバー50とにより構成される。以下の説明において、車両の前後方向(図中の矢印F及びBが延びる方向)を前後方向とし、車両の上方(図中の矢印Tが延びる方向)を上方とし、車両の下方(図中の矢印Dが延びる方向)を下方とし、前後方向及び上下方向に直交する方向(図中の矢印L及びFが延びる方向)を左右方向とする。
【0026】
図3及び図4に示すように、受電コイル36u,36v,36wを冷却する冷却部40が設けられている。冷却部40は、冷却面41を有する冷却本体部42を有している。冷却本体部42は、アルミ製の平板状の部材である。冷却面41は、冷却本体部42の受電コイル36u,36v,36w側の面であり、車両への取付側の面とは反対側の面である。冷却面41には、コア60が配置されているとともに、コア60よりも下側(地面側)には、複数の受電コイル36u,36v,36wが積層されて配置されている。コア60と受電コイル36u,36v,36wについては後述する。
【0027】
冷却本体部42は、受電コイル36u,36v,36wと車両の底面との間に設けられるシールド部材の役割を果たしている。そのため、冷却本体部42は、シールド部材としての役割を果たせる程度の厚みを有しており、全ての受電コイル36u,36v,36wを覆う面積を有する一枚板となっている。
【0028】
図2及び図3に示すように、冷却本体部42の車両側の面には、受電コイル36u,36v,36wを収容した筐体Hを車両の底面に取り付けるための取付部43が設けられている。取付部43は、冷却本体部42の幅方向の両端部に設けられており、前後方向に延びる板状の部材である。取付部43が設けられていることで、車両の底面との間に所定の空間が形成される。これにより、冷却本体部42が車両の走行風により空冷可能となっている。また、取付部43によって形成された冷却本体部42と車両の底面との間の空間には、冷却本体部42から薄板状のフィン44が車両側に突出するように設けられており、冷却本体部42からの放熱を促進する。
【0029】
図3に示すように、冷却本体部42の冷却面41上には、各受電コイル36u,36v,36wを冷却面41上に固定する台座部45が冷却本体部42と一体に設けられている。台座部45は、冷却面41の幅方向の両端部にそれぞれ設けられており、前後方向に延びるように形成されている。台座部45には、各受電コイル36u,36v,36wをネジにより固定するためのネジ穴が設けられている。また、台座部45には、各受電コイル36u,36v,36wの導線の端部を外部に引き出すための切欠きが設けられている。なお、台座部45は、冷却本体部42とは別体の部材を冷却本体部42に固定して設けていてもよい。
【0030】
次に、受電コイル36u,36v,36wの鉄心となるコア60及びこのコア60を保持するためのホルダ70について説明する。図9に示すように、冷却本体部42において冷却面41上には、コア60が並べられている。コア60は、フェライトで形成されており、受電コイル36u,36v,36wの鉄心として作用する。コア60は、前後方向に長く幅方向(左右方向)に短い直方体となっており、複数のコア60が冷却面41上に列状に並べられている。複数のコア60は、前後方向には隙間なく列状に並べられる一方、コア60の前後方向に延びる列同士の間には、前後方向に延びる所定間隔の隙間Sが設けられている。したがって、コア60は、台座部45の間の冷却面41上に所定間隔の隙間Sを設けて複数列並べられていることになる。
(【0031】以降は省略されています)

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