JP5904786B2

JP5904786B2 - コイルユニット及び、非接触給電装置

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Publication number: JP5904786B2
Application number: JP2011287680A
Authority: JP
Inventors: 貴弘中原; 曜 ▲柳▼田
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2011-12-28
Publication date: 2016-04-20
Anticipated expiration: 2031-12-28
Also published as: JP2013138071A

Description

本発明は、ケースと、該ケースの内部に設けられるコイルと、を備えたコイルユニット及び、非接触給電装置に関するものである。

上述したコイルユニットとして、例えば図１５に示すものが知られている。このコイルユニット１０１は、自動車に搭載される有底筒状のケース１０２と、該ケース１０２内に収容されるループ状の受電側コイル１０３と、該受電側コイル１０３に接続されるとともに受電側コイル１０３からの電力を負荷に出力するコネクタ１０５と、を備えている。

ケース１０２は、円板状の底板１２１と、該底板の周縁から立設された周板１２２と、を備えている。このケース１０２は、導電性の金属板から構成され、電力の伝送効率確保及び、漏洩電磁界低減を図ったシールドケースである。ケース１０２内には、受電側コイル１０３が該底板１２１の表面と対向するように収容されるとともに、受電側コイル１０３は底板１２１に保持部材を介して配置される。

コネクタ１０５は、ケース１０２に取り付けられているとともに、負荷に接続された同軸ケーブル（図示しない）と受電側コイル１０３を延ばした延在部１０３Ａとを接続している。このコネクタ１０５には、ケース１０２の周板１２２に形成された貫通孔（図示しない）内に挿通され、同軸ケーブルの芯線と延在部１０３Ａとを接続するコネクタ端子１５１と、受電側コイル１０３を延ばした延在部１０３Ｂに接続されるＬ字状のＧＮＤ端子１５３と、が設けられている。このＧＮＤ端子１５３は、周板１２２の内側に重ねられ、ケース１０２に電気的に接続されている。

上述した従来のコイルユニット１０１は、受電側コイル１０３の延在部１０３Ａとコネクタ端子１５１とがボルト固定され、受電側コイル１０３の延在部１０３ＢとＧＮＤ端子１５３とがボルト固定され、受電側コイル１０３はコネクタ１０５を介してケース１０２に固定されていた。

しかしながら、上述した従来のコイルユニット１０１においては、受電側コイル１０３の延在部１０３Ａがコネクタ１０５に固定され、コネクタ１０５はケース１０２に固定されているので、ケース１０２に自動車の走行中の振動や衝撃などの機械的ストレスが加わり、周板１２２と底板１２１とが相対的に変位することにより、延在部１０３Ａ、１０３Ｂに過大なストレスが作用し、受電コイル１０３が破損してしまう虞れがあるという問題があった。また、地面に載置するタイプのコイルユニット１０１であっても、設置時の衝撃により自動車搭載時と同様に破損してしまう虞れがあるという問題があった。

そこで、本発明の目的は、電力の伝送効率を低下させることなく、ケース外部からの機械的ストレスを吸収し、ケース内部に設けられたコイルの損傷を防止できるコイルユニット、及び非接触給電装置を提供することにある。

上述した課題を解決するための請求項１記載の本発明は、ケースと、該ケースの内部に設けられるコイルと、を備えたコイルユニットであって、前記ケースには、外部の機器に接続されるコネクタが設けられ、前記コイルの端末に一端が連結される接続部材と、前記コネクタに接続されるとともに前記接続部材の他端に接続される接続端子と、を備え、前記接続部材及び前記接続端子は、それぞれ前記コイルと同程度か、該コイルよりも小さい電気抵抗を有するとともに、それぞれ前記コイルよりも小さい弾性率を有しているとともに、前記コネクタに設けられるコネクタ端子及び前記接続部材のうち一方の端面と、他方の表面とが互いに接触された状態で前記コネクタ端子及び前記接続部材が互いに接続され、前記接続端子はＬ字状に形成され、前記コネクタ端子及び前記接続部材の表面に沿って固定されていることを特徴とするコイルユニットである。

上記構成によれば、接続部材及び接続端子の電気抵抗が、コイルと同程度か又はコイルよりも小さいことで電流が流れやすくなり、電力の伝送効率を低下させない。接続部材及び接続端子がコイルよりも小さい弾性率を有していることで、ケースとコイルとに生じる相対変位や振動を接続部材及び接続端子で吸収できる。

また、外力や振動が加わらない状態ではコネクタ端子と接続部材とが互いの端面同士の接触によって電気的に接続される。一方、外力や振動が加わった場合に、端面同士が非接触となっても、接続端子を介して電気的接続が維持できる。

また、外力や振動が加わらない状態ではコネクタ端子及び接続部材のうち一方の端面と、他方の表面とが互いに接触によって電気的に接続される。一方、外力や振動が加わった場合に、一方の端面と、他方の表面とが非接触となっても、接続端子を介して電気的接続が維持できる。

請求項２記載の本発明は、請求項１に記載のコイルユニットにおいて、前記接続部材は、複数の導電線を編んだ平編組、複数の電線を並べたフラットケーブル、複数の導箔を重ねた導箔体、のいずれかで構成されることを特徴とする。

上記構成によれば、接続部材が、複数の導電線を編んだ平編組、複数の電線を並べたフラットケーブル、複数の導箔を重ねた導箔体、のいずれかで構成されるから、簡単な構成で接続部材を実現できる。

請求項３記載の本発明は、請求項１に記載のコイルユニットにおいて、前記接続部材は、中間部に可撓部を有する管状体又は棒状体、複数のリンクを互いに回動自在に連結したリンク体、のいずれかで構成されることを特徴とする。

上記構成によれば、接続部材が、中間部に可撓部を有する管状体又は棒状体、複数のリンクを互いに回動自在に連結したリンク体、のいずれかで構成されるから、簡単な構成で接続部材を実現できる。

請求項４記載の本発明は、請求項１乃至請求項３のうちいずれか一項記載のコイルユニットを備えたことを特徴とする非接触給電装置である。

本発明によれば、接続部材及び接続端子の電気抵抗が、コイルと同程度か又はコイルよりも小さいことで電流が流れやすくなり、電力の伝送効率を低下させることなく、接続部材及び接続端子がコイルよりも小さい弾性率を有していることで、ケースとコイルとに生じる相対変位や振動を接続部材及び接続端子で吸収できるので、ケース外部からの機械的ストレスを吸収し、ケース内部に設けられたコイルの損傷を防止できる。

本発明にかかるコイルユニットの一実施形態を示す斜視図である。図１に示すコイルユニットを採用した非接触給電装置を示す概念図である。図１中のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。図１に示すコイルユニットの平面図である。図１に示すコネクタユニットを構成する接続部材及びコネクタ端子が接続端子を介して接続された状態を示す斜視図である。（Ａ）は、図５に示された接続端子が変形していない自然状態を示す平面図であり、（Ｂ）は、接続端子が変形した状態を示す平面図である。図１に示すコネクタユニットを構成する接続部材及びＧＮＤ端子が接続端子を介して接続された状態を示す斜視図である。（Ａ）は、図７に示された接続端子が変形していない自然状態を示す平面図であり、（Ｂ）は、接続端子が変形した状態を示す平面図である。図１に示されたコイルユニットを構成する接続部材の変形例を示す斜視図である。図９に示された接続部材の他の変形例を示す斜視図である。図１０に示された接続部材のさらに他の変形例を示す斜視図である。図１１に示された接続部材のさらに他の変形例を示す斜視図である。（Ａ）（Ｂ）は、図１２に示された接続部材のさらに他の変形例を示す斜視図である。（Ａ）は、図１３に示された接続部材のさらに他の変形例を示す斜視図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の断面図である。従来のコイルユニットを示す斜視図である。

以下、本発明の非接触給電装置１０を構成するコイルユニット１を図１〜図８に基づいて説明する。図１、図２に示すように、コイルユニット１は、自動車１１Ａの腹部に搭載される有底筒状のケース２と、該ケース２内に収容されるループ状の受電側コイル３と、該受電側コイル３に対してその中心軸方向（矢印Ｚ方向）に対向するように離間して配置され、受電側コイル３に電磁結合される受電側共鳴コイル４と、外部の機器としての負荷に接続されるとともにケース２に取り付けられるコネクタ５と、受信側コイルの端末に連結される長尺状の接続部材６と、該接続部材６とコネクタ５とを接続する接続端子７と、を備えている。

上記非接触給電装置１０は、自動車１１Ａの負荷に、道路１１Ｂ上に設けられた給電部１２から非接触で電力を供給するための装置である。詳しく説明すると、給電部１２は、受電側コイル３に対してその中心軸方向（矢印Ｚ方向）に対向するように離間して配置されると電磁共鳴する給電側コイル１３と、この給電側コイル１３に対してその中心軸方向（矢印Ｚ方向）に対向するように配置され、給電側コイル１３に電磁結合された給電側共鳴コイル１４と、を備えている。この給電側コイル１３に交流電流が供給されると、その電力が電磁誘導により給電側共鳴コイル１４に送られる。即ち、給電側共鳴コイル１４には、給電側コイル１３を介して電力が供給される。給電側共鳴コイル１４に電力が送られると、その電力が磁界の共鳴によって受電側共鳴コイル４にワイヤレスで送られる。さらに、受電側共鳴コイル４に電力が送られると、その電力が電磁誘導によって受電側コイル３に送られ、この受電側コイル３に接続された負荷に供給される。

ケース２は、図１に示すように、円板状の底板２１と、該底板２１の周縁から立設された周板２２と、を備えている。このケース２は、軽量化の観点から電磁シールド性能を確保できる最低限の厚さを持つ導電性の金属板から構成され、電力の伝送効率確保及び、漏洩電磁界低減を図ったシールドケースである。ケース２内には、絶縁性の合成樹脂から構成されたボビン２３が設けられ、受電側コイル３がボビン２３を介して底板２１の表面と対向するように収容されている。この周板２２には内側にコネクタ５を挿通させる挿通孔２ａ（図３などに示す）が形成されている。

受電側コイル３は、自動車に搭載したバッテリへの充電電力（例えば３ｋｗ）の非接触電力伝送の際に低抵抗（例えば１００ｍΩ以下）を確保できる帯板状の導電部材を円形のループ状に巻いて構成されていて、その中心軸方向（矢印Ｚ方向）が自動車１１Ａの腹部分から道路１１Ｂに向かう方向、即ち鉛直方向（矢印Ｚ方向）に沿って配置されている。また、受電側コイル３はその表面が、底板２１の表面と対向している。なお、本実施形態では、受電側コイル３は、円形のループ状に巻いて構成されているが、本発明はこれに限ったものではなく、受電側コイル３は、導電部材をヘリカル状、又はスパイラル状に巻いて構成されていてもよい。また、受電側コイル３は、特許請求の範囲に記載された「コイル」に相当する。

コネクタ５は、図３に示すように、同軸ケーブル９の芯線９１に接続される板状のコネクタ端子５１と、該コネクタ端子５１の長手方向、即ち、鉛直方向Ｚに対して直交する水平方向（矢印Ｙ方向）の中間部を覆う円柱状の絶縁部５２と、該絶縁部５２の長手方向（矢印Ｙ方向）の端部に設けられた板状のＧＮＤ端子５３と、を備えている。コネクタ端子５１及び絶縁部５２と、ＧＮＤ端子５３とは、別部材で構成されている。このコネクタ端子５１には、先端部に内側にボルト８が挿通される挿通孔５ａが形成されている。このＧＮＤ端子５３は、中央部に貫通孔５ｂが形成され、この貫通孔５ｂ内にコネクタ端子５１を挿通させ、周板２２の内面に対向するように設けられる。図４に示すように、周板２２とＧＮＤ端子５３との間には接続端子７の第２接続端子７２（後述する）が設けられ、ケース２とＧＮＤ端子５３とは、第２接続端子７２を介して電気的に接続される。コネクタ端子５１及びＧＮＤ端子５２はそれぞれ、特許請求の範囲に記載された「コネクタ端子」に相当する。なお、本実施形態では、コネクタ５は、同軸ケーブル９に接続されるコネクタ端子５１とＧＮＤ端子５３とを備えているが、本発明はこれに限ったものではなく、一対の端子部（図示しない）を備え、該一対の端子部の各々に接続される２本の電線が設けられ、一対の端子部のうち一方が、受電側コイル３及び電線の一方を接続し、他方が、受電側コイル３の他端及び電線の他方を接続しても良い。

接続部材６、６Ａは、図５に示すように、金属で構成された導電線が編まれて帯板状に形成された平編組で構成され、前述した受電側コイル３よりも小さい弾性率を有しているとともに、受電側コイル３よりも小さい電気抵抗を有している。この接続部材６Ａは２つ設けられ、一方が受電側コイル３の一端末及びコネクタ端子５１に接続され、他方が受電側コイル３の他端末及びＧＮＤ端子５３に接続される。また、接続部材６Ａには、内側にボルト８が挿通される挿通孔（図示しない）が、当該接続部材６Ａの長手方向の両端部それぞれに形成されている。接続部材６Ａ、即ち平編組は、アルミニウム、鉄、銅、銀、その他合金等の少なくとも一つで構成されている。

接続端子７は、前述した受電側コイル３よりも小さい弾性率を有しているとともに、受電側コイル３よりも小さい電気抵抗を有した導電性の金属板で構成されている。また、接続端子７には、内側にボルト８が挿通される挿通孔（図示しない）が、当該接続端子７の長手方向の両端部それぞれに形成されている。この接続端子７は２つ設けられ、一方（以下では、第１接続端子と記し、符号７１を付す。）は、図５に示すように、帯板状に形成され、コネクタ端子５１と接続部材６Ａとの互いの端面同士が接触されこの端面同士を跨いだ状態で、第１接続端子７１における一端がコネクタ端子５１にボルト固定され、他端が接続部材６Ａにボルト固定される。他方（以下では、第２接続端子７２と記し、符号７２を付す。）は、図７に示すように、帯板状の金属板がＬ字状に形成され、ＧＮＤ端子５３の表面と接続部材６Ａの端面とが接触され、この状態で、第２接続端子７２における一端が接続部材６Ａにボルト固定され、他端がＧＮＤ端子５３にビス８１を用いて固定される。または、ＧＮＤ端子５３の端面と接続部材６Ａの表面とが接触された状態で固定されていても良い。

このような、接続端子７は、振動や衝撃がかからない自然状態では、接続部材６Ａやボルト８の自重で撓むことがない程度の硬さ（剛性）を有している。また、接続端子７は、ケース２の剛性よりも小さい剛性を有している。このため、ケース２が破壊されてしまうほどの衝撃が加わった場合は、接続端子７が破壊されてしまっても構わない。接続端子７が破壊されることで、受電側コイル３及びコネクタ５に衝撃が伝わるのを防止でき、受電側コイル３及びコネクタ５が破壊されるのを防止できる。

また、接続端子７は、該接続端子７に振動や衝撃が加わった場合、撓むことで振動を吸収し、振動が止んだ場合に、自然状態に戻る弾性率（ばね性）を有している。接続端子７が、どの程度のばね性を有するかについては、例えば、車両に実装される電子部品の耐振動性試験の条件を目安とし、振動が止んだときに振動が加わる前の自然状態に戻れるだけのばね性を有するように規定する。

続いて、上述したコイルユニット１の組立方法について説明する。まず、予め、同軸ケーブル９の芯線９１をコネクタ端子５１に接続させておく。ケース２を底板２１が水平方向（矢印Ｙ方向）に沿うように配置し、この底板２１上にボビン２３を介して受電側コイル３を配置する。ＧＮＤ端子５３を周板２２の内面に近付け、これらの挿通孔２ａ、５ｂ内にコネクタ端子５１を挿通させ、ＧＮＤ端子５３と周板２２との間に第２接続端子７２の一端部を挟んだ状態で、周板２２、第２接続端子７２及びＧＮＤ端子５３をビス８１を用いて固定する。こうして、ケース２及びＧＮＤ端子５３が、第２接続端子７２を介して電気的に接続される。ＧＮＤ端子５３の表面と接続部材６Ａの端面とを接触させ、この状態で、第２接続端子７２及び接続部材６Ａをボルト固定する。この際、接続部材６Ａは、その一端部が底板２１の表面と対向し、即ち、水平方向（矢印Ｙ方向）に沿って設けられ、他端部が、底板２１の表面に直交する方向に沿って設けられているので、中間部が捩れられている。

次に、コネクタ端子５１と接続部材６Ａとの端面同士を接触させ、第１接続端子７１を、コネクタ端子５１及び接続部材６Ａにおける底板２１側に重ね、コネクタ端子５１及び第１接続端子７１、接続部材６Ａ及び第１接続端子７１をそれぞれボルト固定する。最後に、受電側コイル３に対してその中心軸方向（矢印Ｚ方向）に対向するように離間して受電側共鳴コイル４を配置する。こうして、コイルユニット１を組み立てる。

次に、本発明の作用・効果について説明する。第１接続端子７１は、図６（Ａ）に示すように、外力や振動が加わらない状態では、変形しない自然状態である。即ち、第１接続端子７１は、コネクタ端子５１と接続部材６Ａの自重によって変形しない自然状態を維持できる。この状態では、コネクタ端子５１と接続部材６Ａとが互いの端面同士の接触によって電気的に接続される。

この第１接続端子７１に外力や振動が加わると、図６（Ｂ）に示すように、第１接続端子７１は、その中間部が曲がるように変形し、コネクタ端子５１及び接続部材６Ａの互いの端面同士が離間し非接触となっても、第１接続端子７１を介して電気的接続が維持できる。第２接続端子７２についても、図８（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第１接続端子７１と同様の作用・効果を得ることができる。

上述した実施形態によれば、接続部材６及び接続端子７の電気抵抗が、受電側コイル３と同程度か又は受電側コイル３よりも小さいことで電流が流れやすくなり、給電効率を阻害しないので、電力の伝送効率を低下させることなく、接続部材６及び接続端子７が受電側コイル３よりも小さい弾性率を有しているとともに、ケース２とコイルとに生じる相対変位や振動を接続部材６及び接続端子７で吸収できるので、ケース２外部からの機械的ストレスを吸収し、ケース２内部に設けられた受電側コイル３の損傷を防止できる。そして、壊れ難いコイルユニット１、非接触給電装置１０を提供できるので、自動車１１Ａに設置後のメンテナンス頻度を減らし、ユーザの負担を軽くすることができる。また、接続部材６は、受電側コイル３よりも小さい弾性率を有している、即ち、接続部材６は柔軟性を有しているので、コイルユニット１の組み立て作業を容易にできる。

なお、上述した実施形態では、接続部材６Ａには、内側にボルト８が挿通される挿通孔が、当該接続部材６Ａの長手方向の両端部それぞれに形成されているが、本発明はこれに限ったものではなく、図９に示すように、接続部材６Ａには、挿通孔の代わりに、取付部６１が設けられていても良い。取付部６１は、その表面上に接続部材６Ａの端部が載置される矩形状の底板６２と、該底板６２から延在した底板６２の長手方向よりも小さい延在板６３と、底板６２の長手方向の両端部から立設された一対のかしめ片６４と、を備え、延在部６３には内側にボルト８が挿通される挿通孔６ｂが形成され、一対のかしめ片６４が接続部材６Ａをかしめることにより、取付部６１を接続部材６Ａに取り付けても良い。なお、図９ないし図１４において、前述した実施形態と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。

また、接続部材６、６Ｂとして、図１０に示すように、銅または銅合金、アルミニウムなどの導電性を有する金属からなる箔状の複数の導箔を重ねた導箔体が用いられても良く、その場合には、その長手方向の両端部にそれぞれ、取付部６１が設けられていても良い。また、接続部材６、６Ｃとして、図１１に示すように、複数の電線６５を並べたフラットケーブルが用いられても良く、その場合には、その長手方向の両端部にそれぞれ、圧接型コネクタ６６が設けられていても良い。この電線６５は、その１つの芯線を１本の導線、即ち単線で構成してもよく、１つの芯線を撚り線で構成しても良い。

また、接続部材６、６Ｄとして、図１２に示すように、筒状に形成された本体部６７と、該本体部６７の中間部に設けられた蛇腹状の可撓部６８と、を有する管状体が用いられても良く、その場合には、その長手方向の両端部にそれぞれ、取付部６１が設けられていても良い。または、接続部材６Ｄとして、棒状に形成された本体部（図示しない）と、本体部の中間部に設けられたコイルばねと、を有する棒状体が用いられても良い。

また、図１３（Ａ）に示すように、接続部材６、６Ｅは、帯板状に形成された２つの第１部材６９Ａと、２つの第１部材６９Ａの間に設けられた、１つの帯板状の第２部材６９Ｂと、を備えたリンク体であっても良い。各第１部材６９Ａは、帯板状の本体部７０と、該本体部７０の長手方向の一端に設けられた取付片７１と、を有し、本体部７０の他端部は第２部材６９Ｂに重ねられた状態で、これら本体部７０及び第２部材６９Ｂにピン８２が挿通され、各第１部材６９Ａは第２部材６９Ｂに対して水平方向に可動自在に連結されていても良い。また、第２部材６９Ｂは２つ以上設けられていても良い。また、図１３（Ｂ）に示すように、２つの第１部材６９Ａのうち一方の表面と、他方の表面とが、互いに交差（直交）する方向に配されるように、第２部材６９Ｂが捩じられていても良い。

また、図１４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、接続部材６、６Ｆは、例えば、３つの円筒部材７２と、円筒部材７２の長手方向の一端に設けられたリンク７３と、他端に設けられたリンク受け部７４と、を備え、互いに隣り合うリンク７３とリンク受け部７４とが互いに回動自在に連結されたリンク体であっても良い。接続部材６Ｆは、その長手方向の両端部にそれぞれ、取付部６１が設けられていても良い。

また、上述した接続部材６は、耐放電性や耐環境性の確保のために、絶縁材で覆われていても良い。

また、ケース２内には、１つの受電側コイル３及び１つの受電側共鳴コイル４が設けられていたが、本発明はこれに限ったものではなく、ケース２内に、２以上の受電側コイル３及び２以上の受電側共鳴コイル４が設けられていても良い。

上述した実施形態では、コイルユニット１は、自動車１１Ａの腹部に搭載されていたが、本発明はこれに限ったものではなく、コイルユニット１は、道路１１Ｂ上に設けられた給電部１２に用いられても良い。

上述した実施形態では、共鳴式の非接触給電装置１０が用いられていたが、本発明はこれに限ったものではなく、非接触の給電方式は電磁誘導式であってもよい。また、コイルユニット１は、非接触給電に限らず、単体で各種の装置に適用しても良い。

また、上述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

１コイルユニット
２ケース
３受電側コイル（コイル）
５コネクタ
５１コネクタ端子
５３ＧＮＤ端子（コネクタ端子）
６、６Ａ〜６Ｆ接続部材
７接続端子

Claims

ケースと、該ケースの内部に設けられるコイルと、を備えたコイルユニットであって、前記ケースには、外部の機器に接続されるコネクタが設けられ、
前記コイルの端末に一端が連結される接続部材と、前記コネクタに接続されるとともに前記接続部材の他端に接続される接続端子と、を備え、
前記接続部材及び前記接続端子は、それぞれ前記コイルと同程度か、該コイルよりも小さい電気抵抗を有するとともに、それぞれ前記コイルよりも小さい弾性率を有しているとともに、
前記コネクタに設けられるコネクタ端子及び前記接続部材のうち一方の端面と、他方の表面とが互いに接触された状態で前記コネクタ端子及び前記接続部材が互いに接続され、前記接続端子はＬ字状に形成され、前記コネクタ端子及び前記接続部材の表面に沿って固定されていることを特徴とするコイルユニット。
前記接続部材は、複数の導電線を編んだ平編組、複数の電線を並べたフラットケーブル、複数の導箔を重ねた導箔体、のいずれかで構成されることを特徴とする請求項１に記載のコイルユニット。
前記接続部材は、中間部に可撓部を有する管状体又は棒状体、複数のリンクを互いに回動自在に連結したリンク体、のいずれかで構成されることを特徴とする請求項１に記載のコイルユニット。
請求項１乃至請求項３のうちいずれか一項記載のコイルユニットを備えたことを特徴とする非接触給電装置。