JP2004242380A - 車両用無線受電装置、タイヤ、ホイールおよび車輪 - Google Patents

Abstract

【課題】外部からの無線波を効率よく受信して、電気エネルギーに変換する車両用無線受電装置を提供する。
【解決手段】本発明の車両用無線受電装置は、車両バネ下にレクテナ１０を搭載する。レクテナ１０は車輪１２の内部に設けられてもよく、またサスペンション機構１４においてバネ部よりも下方の部材に設けられてもよい。車両バネ下にレクテナ１０を搭載することにより、車両１の走行にともなってバネ上部材が上下動した場合であっても、マイクロ波送信アンテナ１０４とレクテナ１０とが近接した状態を安定して保つことが可能となる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両にエネルギーを供給する技術に関し、特に供給される無線波を電気エネルギーに変換する車両用無線受電装置、および無線波を受信する手段を備えたタイヤ、ホイールおよび車輪に関する。
【０００２】
【従来の技術】
道路に磁界を発生する電力源を設け、車両がその磁界内を通過することで磁界から電力を受け取るシステムが考案されている。このようなシステムとして、車両側に、道路に設けられた電力源から電力を受け取る電力受取手段を設け、さらに電力源をもつ道路であるか否かによって、道路に対して電力受取手段を昇降させる昇降手段を設けたものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭５５−９２５０４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に開示される昇降手段を車両に設けることは、コストアップにつながる。外部から無線波などを受けて電力を取得する車両を実用化する場合、コストの面から、シンプルな構成で効率よく電力を取得できることが望ましい。
【０００５】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、効率的に無線波を受信して電気エネルギーを取得する車両用無線受電装置、および無線波を受信する手段を備えたタイヤ、ホイールおよび車輪を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のある態様は、外部からの無線波を受信する受信手段と、受信手段で受信した無線波を電気エネルギーに変換する電力変換手段と、電力変換手段により変換された電気エネルギーを利用する電気負荷とを備え、受信手段が、車両バネ下に設けられていることを特徴とする車両用無線受電装置を提供する。車両バネ下に受信手段を設けることにより、無線波受信の際の車体挙動の影響を最小にすることができ、さらには受信手段と外部の無線波送信手段とを近接させることができるため、効率よく無線波を受信して電気エネルギーを取得することが可能となる。
【０００７】
受信手段は、車両サスペンション機構において路面に面して設けられてもよい。車両サスペンション機構のバネ下側にあるスペースを利用することにより、効率よく受信手段を車両に搭載することが可能となる。
【０００８】
受信手段は、ホイールにおいてタイヤ内空間側に面して設けられてもよく、またタイヤ内面やタイヤ内部に設けられてもよい。受信手段は、ホイールまたはタイヤの周方向に連続して設けられるのが好ましい。路面に接触する車輪に受信手段を設けることにより、受信手段と外部の無線波送信手段とを最も近接させることができ、無線波の受信効率を高めることが可能となる。また、電気負荷はホイールモータを含んでもよい。
【０００９】
本発明の別の態様は、内面または内部において無線波を受信する受信手段を備えたタイヤを提供する。路面に接触するタイヤに受信手段を設けることにより、受信手段と外部の無線波送信手段とを最も近接させることができ、無線波の受信効率を高めることが可能となる。
【００１０】
本発明のさらに別の態様は、外周面または内部において無線波を受信する受信手段を備えた車両用ホイールを提供する。路面に近接する車両用ホイールに受信手段を設けることにより、受信手段と外部の無線波送信手段とを近接させることができ、無線波の受信効率を高めることが可能となる。
【００１１】
本発明のさらに別の態様は、無線波を受信する受信手段とホイールモータを備えた車輪を提供する。ホイールモータを車輪に設けることにより、受信手段で受信した無線波を電気エネルギーに変換してホイールモータに供給するまでの電力供給用の配線を不要または非常に短くすることができ、ホイールモータに効率よくエネルギーを供給することが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態に係る車両１にエネルギーを供給するエネルギー供給システムの構成を示す。車両１はサスペンション機構１４を備える。サスペンション機構１４は、車体と車輪１２との間に設けられて車体をバネ部で支え、路面からの振動を吸収して乗り心地を向上させる機能と、車輪１２と路面の間に生じる力を車体に伝達して操縦性を向上させる機能をもつ。バネ部は、スプリングとショックアブソーバーから構成される。本実施の形態では、サスペンション機構１４のバネ部により支えられる部材の位置を「バネ上」と呼び、バネ部により支えられていない部材の位置を「バネ下」と呼ぶ。
【００１３】
車両１は、マイクロ波を受信してエネルギーに変換する無線受電装置を備える。具体的に、車両１は、道路を走行中、外部に設けられるエネルギー供給設備１００から供給されるマイクロ波をレクテナ１０で受信して、受信したマイクロ波を電気エネルギーに変換する。この例では、エネルギー供給設備１００のマイクロ波送信アンテナ１０４が、路面上または路面に埋め込まれて構成され、マイクロ波が路面から供給される。レクテナ１０は、受信アンテナと整流回路で構成されており、マイクロ波から直接に直流電力を取り出す機能をもつ。レクテナ１０で取り出された電気エネルギーはバッテリ２０に充電され、車載の電気負荷１６により利用される。電気負荷１６は、例えば車輪１２の駆動モータやライト１８などである。なお、受信アンテナとマイクロ波を電気エネルギーに変換する回路とは、別体として形成されてもよい。
【００１４】
一方、路側のエネルギー供給設備１００では、マイクロ波発生器１０２がマイクロ波を生成し、マイクロ波送信アンテナ１０４が、生成したマイクロ波を送信する。マイクロ波を生成するタイミングやマイクロ波の強度は、エネルギー供給電子制御装置（以下、電子制御装置を「ＥＣＵ」と表記する）１０６が制御する。マイクロ波発生器１０２は常時マイクロ波を発生してもよいが、車両１がエネルギー供給設備１００付近を通過していないときにマイクロ波を生成しても電力の浪費であることや、外部の環境に対するマイクロ波の影響を低減するためにも、車両１が通過したときのみマイクロ波を発生するようにしてもよい。この場合、車両１の送受信器２２がエネルギー供給設備１００の送受信器１０８に対してマイクロ波の送信指令を送り、エネルギー供給ＥＣＵ１０６が、その指令を契機としてマイクロ波発生器１０２を駆動してもよい。
【００１５】
本実施の形態において、レクテナ１０は車両１のバネ下に設けられる。受信アンテナとマイクロ波を電気エネルギーに変換する回路とが別体として形成される場合には、少なくとも受信アンテナが車両１のバネ下に設けられる。車両１の受信アンテナをバネ下に設けることにより、路面上または路面に埋め込まれたマイクロ波送信アンテナ１０４と受信アンテナとの距離を短くして、マイクロ波の受信効率を高めることが可能となる。また、車両１の走行にともなってバネ上部材が上下動した場合であっても、バネ下に設けた受信アンテナと路面との距離を安定に保つことが可能となる。図１の例では、受信アンテナを備えたレクテナ１０が車輪１２の内部に設けられる。
【００１６】
図２（ａ）は、マイクロ波の受信手段を備えた車輪１２の断面構成の一例を示す。車輪１２は、タイヤ３０とホイール３２から構成される。この例では、レクテナ１０がホイール３２に搭載され、レクテナ１０の受信面がホイール３２においてタイヤ３０内空間側、すなわち半径方向外向きに面するように設けられる。
レクテナ１０は、効率的にマイクロ波を受信するために、ホイール３２の外周面に沿って隙間なく取り付けられることが好ましい。これにより、車輪１２の回転時、ホイール３２の周方向に連続的に設けられたレクテナ１０により間断なくマイクロ波を受信することが可能となる。なお、ホイール３２が非導電性材料から形成される場合、レクテナ１０の搭載位置はホイール３２の外周面に限らず、ホイール３２の内部に設けてもよい。
【００１７】
また、ホイールキャップ３６が存在する場合には、ホイールキャップ３６の裏面にレクテナ１０を設けてもよい。このとき、レクテナ１０の受信面が半径方向外向きに面するように設置されることが好ましい。レクテナ１０により取得した電気エネルギーは、図示しない配線によりバッテリ２０に供給される。なお、レクテナ１０はマイクロ波受信手段の一例であって、受信アンテナ単体をホイール３２の外周面やホイールキャップ３６の裏面に取り付けてもよい。
【００１８】
図２（ｂ）は、マイクロ波の受信手段を備えた車輪１２の断面構成の別の例を示す。この例では、レクテナ１０がタイヤ３０の内面に搭載される。図示のごとく、レクテナ１０は路面に最も近接するようにタイヤ３０の内周面に設けられることが好ましいが、タイヤ３０の内側面に設けてられてもよい。いずれの場合であっても、レクテナ１０の受信面が、半径方向外向きに面するように設置されるのが好ましい。レクテナ１０は、効率的にマイクロ波を受信するために、タイヤ３０の内面において隙間なく取り付けられることが好ましい。これにより、車輪１２の回転時、タイヤ３０の周方向に連続的に設けられたレクテナ１０により間断なくマイクロ波を受信することが可能となる。なお、タイヤ３０の内部にレクテナ１０を埋め込んでもよい。レクテナ１０により取得した電気エネルギーは、図示しない配線によりバッテリ２０に供給される。なお、レクテナ１０はマイクロ波受信手段の一例であって、受信アンテナ単体をタイヤ３０の内面に取り付けてもよい。
【００１９】
図２（ｃ）は、マイクロ波の受信手段を備えた車輪１２の断面構成のさらに別の例を示す。この例では、スチールベルト４０がタイヤ３０の内部に層状に設けられており、このスチールベルト４０をマイクロ波の受信手段として利用する。
これにより、強化部材としてのスチールベルト４０を受信アンテナとして有効活用するとともに、受信アンテナを新たに設ける必要をなくすことができる。スチールベルト４０で受信したマイクロ波は、図示しない整流回路により直流電力に変換される。整流回路はタイヤ３０やホイール３２に設けられてもよく、取得したエネルギーは、図示しない配線によりバッテリ２０に供給される。
【００２０】
図３は、マイクロ波の受信手段を備えたサスペンション機構１４の一例を示す。サスペンション機構１４は、コイルスプリングおよびショックアブソーバーを有するバネ部５０と、左右のバネ部５０を結ぶアクスルビーム部５２を備える。
この例では、レクテナ１０が、バネ下部材であるアクスルビーム部５２の下面に搭載される。サスペンション機構１４において、アクスルビーム部５２の周囲にはレクテナ１０を搭載するのに十分なスペースが存在しており、レクテナ１０の搭載位置として適している。なお、レクテナ１０の搭載位置はアクスルビーム部５２に限定するものではなく、サスペンション機構１４のトレーリングアーム部５４などに搭載することも可能である。また、図示したような車軸懸架式のサスペンション機構１４に限らず、独立懸架式のサスペンション機構にレクテナ１０を搭載してもよい。いずれの場合であっても、バネ下にレクテナ１０を配置することによって、マイクロ波受信の際の車体挙動の影響を最小にすることができ、さらにはレクテナ１０の受信面とエネルギー供給設備１００のマイクロ波送信アンテナ１０４との距離を短くすることができる。
【００２１】
図４（ａ）は、実施の形態に係る車両１のシステム図を示す。車両１は、車輪１２を駆動するホイールモータ６０を備える。図４（ａ）は、１つの車輪１２にホイールモータ６０を設けた構成を示すが、他の車輪１２についても同様にホイールモータ６０が設けられる。ホイールモータ６０は、モータの全部または一部が車輪１２のホイール３２内に収納されており、モータロータの回転駆動力が車輪１２に直接的に伝達されるため、良好な駆動効率を実現する。車両１は、電気自動車として構成されてもよいが、内燃機関と電動機とを組み合わせた駆動装置を有するハイブリッド車として構成されてもよい。
【００２２】
ホイールモータＥＣＵ６４は、制御信号をモータドライバ６２に供給し、ホイールモータ６０の駆動を制御する。また、ホイールモータＥＣＵ６４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ６６を制御してバッテリ２０から出力される電圧を調整する。ホイールモータ６０の出力は減速機６８を介して車輪１２に伝達される。
【００２３】
マイクロ波の受信時、モータドライバ６２には、バッテリ２０から供給される電力とあわせて、レクテナ１０において取得された電力も供給される。ホイールモータＥＣＵ６４は、レクテナ１０から供給される電力量を監視し、その電力量に応じてＤＣ／ＤＣコンバータ６６の出力を制御してもよい。車輪１２内にレクテナ１０を設ける場合、レクテナ１０とホイールモータ６０のモータドライバ６２とが近接するため、電力供給用の配線を非常に短くまたはなくすことができ、効率のよいエネルギー供給を可能とする。なお既述のごとく、レクテナ１０で取得された電力は、バッテリ２０に供給されてもよい。
【００２４】
図４（ｂ）は、ホイール３２内にホイールモータ６０を組み込んだ車輪１２の概念図を示す。図２（ａ）に関して説明したように、レクテナ１０をホイール３２の外周面やホイールキャップ３６の裏面に設ける場合、レクテナ１０がモータドライバ６２に電力を直接供給するように構成することができ、レクテナ１０とモータドライバ６２の間の配線を省略することができる。これにより、効率のよいエネルギー供給を実現できる。また、タイヤ３０の内面にレクテナ１０を搭載した場合であっても、レクテナ１０とモータドライバ６２の間の配線を非常に短くすることができるため、同様に効率のよいエネルギー供給を実現できる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によると、効率よく無線波を受信してエネルギーに変換することのできる車両用無線受電装置、および無線波を受信する手段を備えたタイヤ、ホイールおよび車輪を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係る車両にエネルギーを供給するエネルギー供給システムの構成図である。
【図２】（ａ）は、マイクロ波の受信手段を備えた車輪の断面構成の一例を示す図であり、（ｂ）は、車輪の断面構成の別の例を示す図であり、（ｃ）は、車輪の断面構成のさらに別の例を示す図である。
【図３】マイクロ波の受信手段を備えたサスペンション機構の一例を示す図である。
【図４】（ａ）は、実施の形態に係る車両のシステム図であり、（ｂ）は、ホイール内にホイールモータを組み込んだ車輪の概念図である。
【符号の説明】
１・・・車両、１０・・・レクテナ、１２・・・車輪、１４・・・サスペンション機構、１６・・・電気負荷、１８・・・ライト、２０・・・バッテリ、２２・・・送受信器、３０・・・タイヤ、３２・・・ホイール、３６・・・ホイールキャップ、４０・・・スチールベルト、５０・・・バネ部、５２・・・アクスルビーム部、５４・・・トレーリングアーム部、６０・・・ホイールモータ、６２・・・モータドライバ、６４・・・ホイールモータＥＣＵ、６６・・・ＤＣ／ＤＣコンバータ、６８・・・減速機、１００・・・エネルギー供給設備、１０２・・・マイクロ波発生器、１０４・・・マイクロ波送信アンテナ、１０６・・・エネルギー供給ＥＣＵ、１０８・・・送受信器。

Claims (9)

1. 外部からの無線波を受信する受信手段と、前記受信手段で受信した無線波を電気エネルギーに変換する電力変換手段と、前記電力変換手段により変換された電気エネルギーを利用する電気負荷とを備え、
   前記受信手段は、車両バネ下に設けられていることを特徴とする車両用無線受電装置。
2. 前記受信手段は、車両サスペンション機構において路面に面して設けられることを特徴とする請求項１に記載の車両用無線受電装置。
3. 前記受信手段は、ホイールにおいてタイヤ内空間側に面して設けられることを特徴とする請求項１に記載の車両用無線受電装置。
4. 前記受信手段は、タイヤ内面に設けられることを特徴とする請求項１に記載の車両用無線受電装置。
5. 前記受信手段は、タイヤ内部に設けられることを特徴とする請求項１に記載の車両用無線受電装置。
6. 前記電気負荷はホイールモータを含むことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の車両用無線受電装置。
7. 内面または内部において無線波を受信する受信手段を備えたことを特徴とするタイヤ。
8. 外周面または内部において無線波を受信する受信手段を備えたことを特徴とする車両用ホイール。
9. 無線波を受信する受信手段と、ホイールモータを備えたことを特徴とする車輪。

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