JP7626679B2

JP7626679B2 - 給電装置

Info

Publication number: JP7626679B2
Application number: JP2021115240A
Authority: JP
Inventors: 考浩阿部; 大知春日
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2021-07-12
Filing date: 2021-07-12
Publication date: 2025-02-04
Anticipated expiration: 2041-07-12
Also published as: JP2023011405A

Description

本発明は、給電装置に関する。

例えば、バッテリからの電力によって走行する電気自動車の駆動方式として、車輪が取り付けられるハブに設けられたモータによって車輪を回転駆動させるインホイールドライブ方式がある。

インホイールドライブ方式からなる駆動方式を備えた電気自動車における給電構造として、車体側の第１のコイルと、車輪側の第２のコイルとの電磁結合により、車体側バッテリから車輪側モータへ電磁給電する非接触式の電磁給電部を備えたものが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２００６－１６００３３号公報特開２０１２－１５７０８２号公報

ところで、電磁給電による非接触式の電磁給電部では、第１のコイルと第２のコイルとの間での磁界結合による誘導加熱によって電磁給電部における金属表面が発熱する。特に、大電流で高周波の電流が流れる場合では、電磁給電部における金属表面が高温となり、構成部品の劣化を招くおそれがある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、給電時の磁界結合による発熱箇所を冷却し、熱による構成部品の劣化を抑えることが可能な給電装置を提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明に係る給電装置は、下記（１）～（４）を特徴としている。
（１）第１の車軸と、
前記第１の車軸に連結された第２の車軸と、
前記第１の車軸の途中に設けられた送電コイルと、
前記第２の車軸の端部に設けられた受電コイルと、
を備え、
前記送電コイルと前記受電コイルとによる磁界結合によって、前記第１の車軸側の電源からの電力が前記第２の車軸側の負荷へ非接触で給電される給電装置であって、
前記送電コイルと前記受電コイルの間における前記第１の車軸を冷却する冷却部を備える、
給電装置。

上記（１）の構成の給電装置によれば、磁界結合による非接触給電が行われる送電コイルと受電コイルとの間に冷却部を備えるので、送電コイルと受電コイルの間において、誘導加熱によって発熱する第１の車軸を冷却部によって冷却することができる。これにより、第１の車軸側の電源から第２の車軸側の負荷への給電時における第１の車軸の発熱による劣化を抑えることができる。

（２）前記冷却部は、冷媒が流される冷却パイプを備え、
前記送電コイルと前記受電コイルとの間における前記第１の車軸の外周に沿って前記冷却パイプが配設されている、
上記（１）に記載の給電装置。

上記（２）の構成の給電装置によれば、送電コイルと受電コイルとの間において高周波で磁界結合されて誘導加熱される際のいわゆる表皮効果によって、第１の車軸の表面側に集中して発熱が生じても、第１の車軸の外周に沿って配設された冷却パイプによって第１の車軸を効率よく冷却することができる。
また、冷却パイプを電源であるバッテリや車両のヒータに引き込み、第１の車軸から取り出した熱をバッテリの保温や室内の暖房などに有効活用することができる。

（３）前記冷却パイプが前記送電コイルと前記受電コイルとの間における前記第１の車軸の外周に螺旋状に巻回されている、
上記（２）に記載の給電装置。

上記（３）の構成の給電装置によれば、冷却パイプを送電コイルと受電コイルとの間における第１の車軸の外周に螺旋状に巻回することにより、第１の車軸の外表面と冷却パイプとの接触面積を多くし、第１の車軸を効率的に冷却することができる。

（４）前記送電コイル、前記受電コイル及び前記冷却部を覆うカバーを備える、
上記（１）～（３）のいずれかに記載の給電装置。

上記（４）の構成の給電装置によれば、送電コイルと受電コイルとからなる非接触給電部及び第１の車軸を冷却する冷却部がカバーによって覆われて保護されるので、飛び石や砂礫による損傷、水かかりによる劣化を抑制できる。

本発明によれば、給電時の磁界結合による発熱箇所を冷却し、熱による構成部品の劣化を抑えることが可能な給電装置を提供できる。

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という。）を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。

図１は、本実施形態に係る給電装置を備えた車両のサスペンション部分の概略斜視図である。図２は、本実施形態に係る給電装置を備えた車両のサスペンション部分の概略側面図である。図３は、給電装置の分解斜視図である。図４は、非接触給電部の側面図である。図５は、変形例を説明する車両のサスペンション部分の概略斜視図である。図６は、変形例を説明する車両のサスペンション部分の概略側面図である。

本発明に関する具体的な実施形態について、各図を参照しながら以下に説明する。

図１は、本実施形態に係る給電装置を備えた車両のサスペンション部分の概略斜視図である。図２は、本実施形態に係る給電装置を備えた車両のサスペンション部分の概略側面図である。図３は、給電装置の分解斜視図である。

図１～図３に示すように、本実施形態に係る給電装置１００は、車輪Ｗを懸架するサスペンション装置１０に設けられている。サスペンション装置１０は、アクスルシャフト１１と、サスペンションアーム１３と、を備えている。

アクスルシャフト１１は、車体の幅方向に沿って設けられており、このアクスルシャフト１１の端部がサスペンションアーム１３の基端部１５に形成された挿通孔１６に挿し込まれている。これにより、サスペンションアーム１３は、アクスルシャフト１１の端部に連結され、アクスルシャフト１１の軸心を中心に揺動可能に支持されている。

サスペンションアーム１３には、その自由端１７に、支軸（図示略）が設けられており、この支軸に設けられたハブ（図示略）に車輪Ｗが取り付けられている。サスペンション装置１０には、車体とサスペンションアーム１３との間に、ショックアブソーバ及びコイルスプリングからなる緩衝装置（図示略）が取り付けられるようになっている。これにより、サスペンション装置１０では、車輪Ｗからの衝撃や振動が緩衝装置によって吸収及び減衰される。

また、サスペンションアーム１３の自由端１７には、インホイールモータ２１が設けられている。このインホイールモータ２１は、支軸のハブに設けられている。インホイールモータ２１は、三相モータであり、交流電流によって駆動されて車輪Ｗを回転させる。このインホイールモータ２１には、給電装置１００によって、車両に搭載されたバッテリ２３から給電される。

給電装置１００は、送電コイル３１と、受電コイル３３と、冷却部３５とを有している。送電コイル３１及び受電コイル３３は、円板状に形成されており、互いに対向配置されている。

送電コイル３１は、アクスルシャフト１１の途中に設けられている。この送電コイル３１には、送電ケーブル４１の一端が接続されており、この送電ケーブル４１は、他端がバッテリ２３に接続されている。

受電コイル３３は、サスペンションアーム１３の基端部１５における送電コイル３１側の端部に設けられている。この受電コイル３３には、受電ケーブル４３の一端が接続されており、この受電ケーブル４３は、サスペンションアーム１３の表面に沿って配索され、他端がインホイールモータ２１に接続されている。

送電ケーブル４１及び受電ケーブル４３は、交流モータであるインホイールモータ２１へ交流電流を給電する三相モータ用のケーブルであり、３本の電線を互いに撚り合わせて外被によって被覆して１本のケーブルとしたものである。

冷却部３５は、冷却パイプ５１を備えており、この冷却パイプ５１は、バッテリ２３側に設けられた冷媒循環装置（図示略）に繋げられている。冷却パイプ５１は、例えば、銅等の熱伝導性に優れた金属から形成されており、バッテリ２３側に設けられた冷媒循環装置のポンプ（図示略）によって冷却水等の冷媒が流される。

図４は、非接触給電部の側面図である。
図４に示すように、冷却パイプ５１は、巻回部５３と、直管部５５とを有している。巻回部５３は、送電コイル３１側から受電コイル３３へ向かってアクスルシャフト１１の外周に螺旋状に巻回されている。直管部５５は、巻回部５３における受電コイル３３側の端部からアクスルシャフト１１の軸方向に沿って送電コイル３１側へ向かって直線状に配置されている。

冷却パイプ５１には、ポンプによってバッテリ２３側から巻回部５３へ冷媒が送り込まれる。この冷媒は、アクスルシャフト１１の外周に螺旋状に設けられた巻回部５３を、送電コイル３１側から受電コイル３３側へ向かって流れる（図４における矢印Ａ参照）。これにより、アクスルシャフト１１は、冷媒が流れる冷却パイプ５１の巻回部５３によって冷却される。そして、巻回部５３を流れた冷媒は、巻回部５３における受電コイル３３側の端部から送電コイル３１側へ向かって直管部５５内を流れ（図４における矢印Ｂ参照）、バッテリ２３側へ戻される。

上記構成の給電装置１００では、バッテリ２３から送電ケーブル４１を通して送電コイル３１に電力が送られる。送電コイル３１に給電された電力は、送電コイル３１と受電コイル３３との間における磁界結合によって受電コイル３３に接続された受電ケーブル４３へ流れ、この受電ケーブル４３を通してインホイールモータ２１へ給電される。

ここで、可動箇所にケーブルを配索した場合、可動箇所ではケーブルに曲げ力や引張り力が繰り返し付与されて劣化するおそれがある。特に、寒冷地では、低温状態でケーブルに曲げ力や引張り力が繰り返し付与されることにより、劣化が生じやすい。

これに対して、給電装置１００では、互いに相対移動されるアクスルシャフト１１とサスペンションアーム１３との間の可動箇所において、非接触で給電することができる。これにより、曲げ力や引張り力が繰り返し付与されることによるケーブルの劣化を抑制することができる。

ところで、送電コイル３１と受電コイル３３とによって非接触給電が行われると、磁界結合による誘導加熱によって送電コイル３１と受電コイル３３との間の金属部材であるアクスルシャフト１１が発熱する。特に、バッテリ２３から給電される電流が高周波数の電流であると、その発熱は表皮効果によりアクスルシャフト１１の外側に集中して生じる。

このとき、給電装置１００では、冷却部３５の巻回部５３に冷媒が流されるので、冷媒が流れる冷却パイプ５１の巻回部５３によって、アクスルシャフト１１における誘導加熱によって発熱する部分が冷却される。

このように、本実施形態に係る給電装置１００によれば、磁界結合による非接触給電が行われる送電コイル３１と受電コイル３３との間に冷却部３５を備えるので、送電コイル３１と受電コイル３３の間において、誘導加熱によって発熱するアクスルシャフト１１を冷却部３５によって冷却することができる。これにより、アクスルシャフト１１側のバッテリ２３からサスペンションアーム１３側のインホイールモータ２１への給電時におけるアクスルシャフト１１の発熱による劣化を抑えることができる。

また、冷却部３５は、冷媒が流される冷却パイプ５１を備え、送電コイル３１と受電コイル３３との間におけるアクスルシャフト１１の外周に沿って冷却パイプ５１が配設されている。したがって、送電コイル３１と受電コイル３３との間において高周波で磁界結合されて誘導加熱される際のいわゆる表皮効果によって、アクスルシャフト１１の表面側に集中して発熱が生じても、アクスルシャフト１１の外周に沿って配設された冷却パイプ５１によってアクスルシャフト１１を効率よく冷却することができる。

また、冷却パイプ５１を電源であるバッテリ２３や車両のヒータに引き込み、アクスルシャフト１１から取り出した熱をバッテリ２３の保温や室内の暖房などに有効活用することができる。

しかも、冷却パイプ５１が送電コイル３１と受電コイル３３との間におけるアクスルシャフト１１の外周に螺旋状に巻回されているので、アクスルシャフト１１の外表面と冷却パイプ５１との接触面積を多くし、アクスルシャフト１１を効率的に冷却することができる。

次に、変形例について説明する。
なお、上記実施形態と同一構成部分は、同一符号を付して説明を省略する。
図５は、変形例を説明する車両のサスペンション部分の概略斜視図である。図６は、変形例を説明する車両のサスペンション部分の概略側面図である。

図５及び図６に示すように、変形例では、カバー６０を備えている。このカバー６０は、両端が封鎖された円筒状に形成されており、送電コイル３１、受電コイル３３及び冷却部３５を覆うように装着されている。

この変形例によれば、送電コイル３１と受電コイル３３とからなる非接触給電部及びアクスルシャフト１１を冷却する冷却部３５がカバー６０によって覆われて保護されるので、飛び石や砂礫による損傷、水かかりによる劣化を抑制できる。

なお、カバー６０は、送電コイル３１、受電コイル３３及び冷却部３５を覆う形状であれば、円筒状に限らない。

尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

ここで、上述した本発明の実施形態に係る給電装置の特徴をそれぞれ以下［１］～［４］に簡潔に纏めて列記する。
［１］第１の車軸（アクスルシャフト１１）と、
前記第１の車軸（アクスルシャフト１１）に連結された第２の車軸（サスペンションアーム１３）と、
前記第１の車軸（アクスルシャフト１１）の途中に設けられた送電コイル（３１）と、
前記第２の車軸（サスペンションアーム１３）の端部に設けられた受電コイル（３３）と、
を備え、
前記送電コイル（３１）と前記受電コイル（３３）とによる磁界結合によって、前記第１の車軸（アクスルシャフト１１）側の電源（バッテリ２３）からの電力が前記第２の車軸（サスペンションアーム１３）側の負荷へ非接触で給電される給電装置（１００）であって、
前記送電コイル（３１）と前記受電コイル（３３）の間における前記第１の車軸（アクスルシャフト１１）を冷却する冷却部（３５）を備える、
給電装置。

［２］前記冷却部（３５）は、冷媒が流される冷却パイプ（５１）を備え、
前記送電コイル（３１）と前記受電コイル（３３）との間における前記第１の車軸（アクスルシャフト１１）の外周に沿って前記冷却パイプ（５１）が配設されている、
上記［１］に記載の給電装置。

［３］前記冷却パイプ（５１）が前記送電コイル（３１）と前記受電コイル（３３）との間における前記第１の車軸（アクスルシャフト１１）の外周に螺旋状に巻回されている、
上記［２］に記載の給電装置。

［４］前記送電コイル（３１）、前記受電コイル（３３）及び前記冷却部（３５）を覆うカバー（６０）を備える、
上記［１］～［３］のいずれかに記載の給電装置。

１０サスペンション装置
１１アクスルシャフト（第１の車軸）
１３サスペンションアーム（第２の車軸）
１５基端部
１６挿通孔
１７自由端
２１インホイールモータ
２３バッテリ
３１送電コイル
３３受電コイル
３５冷却部
４１送電ケーブル
４３受電ケーブル
５１冷却パイプ
５３巻回部
５５直管部
６０カバー
１００給電装置

Claims

第１の車軸と、
前記第１の車軸に連結された第２の車軸と、
前記第１の車軸の途中に設けられた送電コイルと、
前記第２の車軸の端部に設けられた受電コイルと、
を備え、
前記送電コイルと前記受電コイルとによる磁界結合によって、前記第１の車軸側の電源からの電力が前記第２の車軸側の負荷へ非接触で給電される給電装置であって、
前記送電コイルと前記受電コイルの間における前記第１の車軸を冷却する冷却部を備える、
給電装置。
前記冷却部は、冷媒が流される冷却パイプを備え、
前記送電コイルと前記受電コイルとの間における前記第１の車軸の外周に沿って前記冷却パイプが配設されている、
請求項１に記載の給電装置。
前記冷却パイプが前記送電コイルと前記受電コイルとの間における前記第１の車軸の外周に螺旋状に巻回されている、
請求項２に記載の給電装置。
前記送電コイル、前記受電コイル及び前記冷却部を覆うカバーを備える、
請求項１～３のいずれか１項に記載の給電装置。