JP2011193617A - 車両の非接触給電装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単かつ安価な構成でありながら、地上側に配設される給電側電磁コイルと、車両側に搭載される受電側電磁コイルと、を、迅速かつ良好に所定間隔で対面保持させることができる車両の非接触給電装置及び方法を提供する。
【解決手段】給電側電磁コイル７から、受電側電磁コイル２へ非接触で電力を供給して車載のバッテリを充電する車両の非接触給電装置及び方法であって、受電側電磁コイル２を車両に対して自動的に昇降可能に支持する受電側電磁コイル昇降装置が備えられると共に、受電側電磁コイル２から下方に突出する凸状部が設けられ、受電側電磁コイル昇降装置により受電側電磁コイル２を降下させると共に、車両の車高調整装置を介して車高を低下させ、凸状部を路面に当接させて、受電側電磁コイル２と、給電側電磁コイル７と、の間隙を所定にセットする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば電気自動車やハイブリッド車両などに搭載されるバッテリを充電するための車両の非接触給電装置及び方法に関する。

電気自動車やハイブリッド車両に搭載されるバッテリを充電する方法の一つとして、例えば非接触給電装置が知られている。

この非接触給電装置は、電磁誘導の相互誘電作用を利用して、地上（充電スタンド等）に設けた１次側（給電側）の給電側（送電側）電磁コイルから、車両側に設けた２次側（受電側）の受電側電磁コイルへ、非接触で電力を供給する。このような非接触給電装置の構成例は、例えば特許文献１〜４に記載されている。

特表平０８−５０２６４０号公報 特開平０８−２６５９９２号公報 特開２００８−２８８８８９号公報 特開２０００−１５２５１２号公報

従来の非接触給電装置においては、特許文献１〜４にも記載されているように、１次側の給電側電磁コイルと、２次側の受電側電磁コイルと、を位置合わせして所定間隔で対面させることが充電効率等の関係から必要であり、このために、位置合わせの方法などについて種々提案されている。

すなわち、地上側に固定的に設置されている１次側電磁コイルに対して、車両側に搭載されている２次側電磁コイルを、所定に位置合わせする際に、車両の運転者の技量に依らずに、また、運転者や別の者が、伸縮自在なケーブルなどに接続された１次側電磁コイル（或いは２次側電磁コイル）をマニュアル操作により所定位置まで持ち来たすような面倒な作業を不要とするような技術が提案されている。

特許文献１〜３に記載されているものは、２次側電磁コイルの位置情報（Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の位置情報など）を取得して、１次側電磁コイルと２次側電磁コイルとの相対位置が所定範囲となるように、車両運転者に情報を提示したり、或いは１次側電磁コイルや２次側電磁コイルを駆動機構等により自動的に移動させるようにしている。

また、特許文献４に記載されているものは、水平方向（Ｘ，Ｙ方向）の位置合わせは、運転者による車両の位置合わせにより行なわせるが、高さ方向（Ｚ方向）の位置合わせ（１次側電磁コイルと２次側電磁コイルの間隙合わせ）は、自動で上下動可能な駆動機構により１次側電磁コイルを移動させて行わせるようになっている。

しかしながら、従来のものは、２次側電磁コイルの位置情報（Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の位置情報など）の取得するための装置が必要であったり、位置合わせのために１次側電磁コイル（或いは２次側電磁コイル）を移動させるための移動ストロークが大きく複雑で、かつ大掛かりで高価な装置（リニアガイド装置やボールスクリュウ機構などの直動機構やその駆動源（電動モータ、油圧や空気圧などを利用した流体圧アクチュエータなど））が必要であり、構成が複雑化して、高コスト化するといった実情がある。

本発明は、かかる実情に鑑みなされたもので、簡単かつ安価な構成でありながら、地上側に配設される１次側の給電側電磁コイルと、車両側に搭載される２次側の受電側電磁コイルと、を、迅速かつ良好に所定間隔で対面保持させることができる車両の非接触給電装置及び方法を提供することを目的とする。

このため、本発明に係る車両の非接触給電装置は、
地上側に配設される給電側電磁コイルから、車両側に配設される受電側電磁コイルへ非接触で電力を供給して車載のバッテリを充電する車両の非接触給電装置であって、
受電側電磁コイルを車両に対して自動的に昇降可能に支持する受電側電磁コイル昇降装置が備えられると共に、受電側電磁コイルから下方に突出する凸状部が設けられ、
受電側電磁コイル昇降装置により受電側電磁コイルを降下させると共に、車両の車高調整装置を介して車高を低下させ、前記凸状部を路面に当接させて、受電側電磁コイルと、給電側電磁コイルと、の間隙を所定にセットすることを特徴とする。

本発明において、前記車両の車高調整装置は、車両に備わるニーリング装置であることを特徴とすることができる。

また、本発明に係る車両の非接触給電方法は、
地上側に配設される給電側電磁コイルから、車両側に配設される受電側電磁コイルへ非接触で電力を供給して車載のバッテリを充電する車両の非接触給電方法であって、
受電側電磁コイルを車両に対して自動的に昇降可能に支持する受電側電磁コイル昇降装置が備えられると共に、受電側電磁コイルから下方に突出する凸状部が設けられ、
受電側電磁コイル昇降装置により受電側電磁コイルを降下させると共に、車両の車高調整装置を介して車高を低下させ、前記凸状部を路面に当接させて、受電側電磁コイルと、給電側電磁コイルと、の間隙を所定にセットすることを特徴とする。

本発明によれば、簡単かつ安価な構成でありながら、地上側に配設される１次側の給電側電磁コイルと、車両側に搭載される２次側の受電側電磁コイルと、を、迅速かつ良好に所定間隔で対面保持させることができる車両の非接触給電装置及び方法を提供することができる。

本発明の一実施の形態に係る非接触給電装置のステップ毎の状態（所定停止位置への停車状態、受電側電磁コイルの降下開始状態、車両のニーリング状態（車高ダウン状態））を説明するための図である。 同上実施の形態に係る受電側電磁コイル昇降装置の側面図である。 同上実施の形態に係る受電側電磁コイルを路面側から見た図である。 同上実施の形態に係る非接触給電装置を利用する場合の処理操作を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明に係る実施の形態を、添付の図面を参照しつつ説明する。なお、以下で説明する実施の形態により、本発明が限定されるものではない。

本実施の形態に係る車両の非接触給電装置においては、図１に示すように、例えばバス等の車両１の下面に２次側の受電側電磁コイル（２次側電磁コイル）２が搭載されている。

この２次側電磁コイル２の周囲には、フレーム要素３が設けられている。
フレーム要素３には、図２平面において回動自在な回動支点４Ａに、リンクアーム４の一端が接続されている。リンクアーム４の他端は、車両１のフレーム１Ａに支持される回動支点４Ｂに接続されている。フレーム要素３に対して、リンクアーム４は、例えば複数設けられている。

このようなリンクアーム４によって、フレーム要素３と略一体の２次側電磁コイル２は、図２に示すＡの収容状態（退避状態（車両走行中における状態））と、図２に示すＢの突出状態（給電可能な状態）と、の間で移動可能に、車両１のフレーム１Ａの下側に取り付けられている。

なお、本実施の形態においては、図２に示すように、リンクアーム４を回動支点４Ｂ廻りに回転させるように、リンクアーム４に対して駆動力を供給する駆動アクチュエータ６が配設されている。図２では、駆動アクチュエータ６として、例えば空気圧や油圧等の流体圧を利用した流体圧アクチュエータを採用した場合を例示しているが、これに限定されるものではなく、電動モータ等を利用することも可能である。駆動アクチュエータ６は、図２に示すように一つ備える場合に限定されるものではなく、駆動アクチュエータ６を複数備えた構成として、複数のリンクアーム４に駆動力を付与するような構成とすることもできる。

従って、本実施の形態では、図２に示すＡの収容状態（退避状態）から、駆動アクチュエータ６に空気圧（油圧）を供給することで、駆動アクチュエータ６の往復動ピストンを移動させてシャフト６Ａを伸長させて、リンクアーム４を図２中の矢印方向（時計回り）に回転させ、図２に示すＢの突出状態へと移行させることが可能となっている。
このようなリンク機構や駆動アクチュエータ６が、本発明に係る受電側電磁コイル（２次側電磁コイル）昇降装置の一例を構成している。

なお、本実施の形態に係るフレーム要素３（或いは２次側電磁コイル２）には、図２や図３に示すように、その表面から下方に向けて所定に突出している凸状部（ストッパ）５が設けられている。

本実施の形態に係る地上側（充電スタンド等）に設けられる１次側の給電側電磁コイル（１次側電磁コイル）７は、図１や図２に示すように、床面や地表等に配設されるが、前記凸状部（ストッパ）５は、例えばゴム、プラスチック等の樹脂製で構成され、その突出量が、凸状部（ストッパ）５の先端が路面に当接したときに、１次側電磁コイル７と、２次側電磁コイル２と、の間隙（ギャップ）が所定（給電効率が高く良好に給電を行なうことができるギャップ）となるように調整されている。

なお、車両１に搭載されるバッテリへの給電の際には、１次側電磁コイル７と、２次側電磁コイル２と、は、図３平面に略直交する方向から見たときに位置が略一致して重畳されることが要求される。

また、本実施の形態に係る車両１（例えば路線バスなど）には、車高調整可能なエアサスペンションなどと連動して乗降口付近を乗車し易いように車高を部分的に上下動（或いは傾斜）させることができるニーリング装置（Ｋｎｅｅｌｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）が備えられている。或いは、車両１の車高を全体的に上下動させることができる車高調整装置が備えられている。

このようなニーリング装置や車高調整装置が、本発明に係る車高調整装置の一例に相当する。

このような構成を備えた本実施の形態において、１次側電磁コイル７と、２次側電磁コイル２と、を利用した非接触給電方法によって、車両１に搭載されているバッテリ（図示せず）を充電する場合の操作の一例について説明する。

図４のフローチャートに例示したように、
ステップ１（図ではＳ１と記す。以下同様）において、運転者は車両１を所定の規定位置に停止させる。

ステップ２では、ドライバー席などに設けられた２次側電磁コイル（受電側電磁コイル）降下スイッチをＯＮする。

ステップ３では、スイッチＯＮにより２次側電磁コイル（受電側電磁コイル）昇降装置を構成する駆動アクチュエータ６が駆動され、図２に示したＡの収容状態（退避状態）から、リンクアーム４が図２中矢印方向（時計回り）に回転され、２次側電磁コイル２が降下される（図２に示すＢの突出状態へ移行される）。

ステップ４では、車両１に備わるニーリング装置（或いは車高調整装置）により、２次側電磁コイル２（フレーム要素３）に略一体の凸状部（ストッパ）５の先端が路面に接触するまで車高を低下（降下或いは傾斜）させる（図１の最下段を参照）。
なお、例えば、歪センサなどによって凸状部（ストッパ）５に生じる応力等を検出することで、凸状部（ストッパ）５と路面とが所定に当接したか否かを判断し、所定に当接した場合に車高をダウン（低下、降下、或いは傾斜）させる処理を停止させることができる。

このようにして、車高がダウン（低下、降下、傾斜）され凸状部（ストッパ）５の先端が所定に路面に当接されると、２次側電磁コイル２（フレーム要素３）と、１次側電磁コイル７と、のギャップが、所望の給電効率を発揮できる大きさにセットされた給電許可状態とされる。

ステップ５では、ステップ４の給電許可状態（給電準備完了状態）を確認し（例えば予め定めた車高降下量に基づいて、或いは実際のギャップを測定したり、更には凸状部（ストッパ）５と路面との当接状態を検出しその結果に基づいて、検出することができる）、例えば非接触給電システムに給電開始を指令する。

地上側に配設される非接触給電システムでは、この情報を受け、１次側電磁コイル７へ給電用電流を流すことで、電磁誘導の相互誘電作用を利用し、２次側電磁コイル２を介して車両１に搭載されているバッテリ（図示せず）に効率良く給電する（バッテリを充電する）。

以降は、非接触給電システムによって給電が行われるるが、給電（充電）が終了したら、１次側電磁コイル７への給電が停止される。

給電が終了すると、本実施の形態では、駆動アクチュエータ６の駆動を解放する。すると、シャフト６Ａが収縮してリンクアーム４が図２中矢印反対方向（反時計回り）に戻されることで、２次側電磁コイル２は上昇されて所定の収容位置へ復帰され（図２に示すＡの退避状態（収容状態）へ戻され）て、車両１は給電状態から走行可能な状態へと移行される。

このように、本実施の形態に係る車両の非接触給電装置によれば、受電側電磁コイル（２次側電磁コイル）２を車両に対して自動的に昇降可能に支持する受電側電磁コイル昇降装置が備えられると共に、受電側電磁コイル２から下方に突出するストッパ（凸状部）５が設けられており、受電側電磁コイル昇降装置により受電側電磁コイルを降下させると共に、車両の車高調整装置を介して車高を低下させ、前記ストッパ（凸状部材）を路面に当接させて、受電側電磁コイル（２次側電磁コイル）と、給電側電磁コイル（１次側電磁コイル）７と、のギャップを所定にセットするようにしたので、車両に搭載されるバッテリの充電の際に、自動的に、そして迅速に精度良く、受電側電磁コイル（２次側電磁コイル）と、給電側電磁コイル（１次側電磁コイル）７と、のギャップを所望にセットすることができる。

本実施の形態に係る車両の非接触給電装置は、車両に備えられた車高調整装置を利用するため、比較的簡単で安価な受電側電磁コイル昇降装置を備えるだけでよく、従って、従来のような２次側電磁コイルの位置情報を取得するための複雑で高価な装置や、位置合わせのために１次側電磁コイル（或いは２次側電磁コイル）を移動させるための移動ストロークが大きく複雑かつ大掛かりで高価な装置（リニアガイド装置やボールスクリュウ機構などの直動機構やその駆動源（電動モータ、油圧や空気圧などを利用した流体圧アクチュエータなど））を簡素化できるため、構成の簡略化、装置の小型軽量化、低コスト化等を図ることができる。

以上で説明したように、本実施の形態に係る車両の非接触給電装置によれば、簡単かつ安価な構成としながら、地上側に配設される１次側電磁コイル７と、車両側に搭載される２次側電磁コイル２と、を、迅速かつ良好に位置合わせしつつ所定間隔で対面保持させることができる。

なお、本実施の形態では、リンク機構や駆動アクチュエータ６により受電側電磁コイル（２次側電磁コイル）昇降装置を構成した場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他のメカニズムを利用した受電側電磁コイル昇降装置を用いることも可能である。

また、本実施の形態では、受電側電磁コイル（２次側電磁コイル）昇降装置を車両１の下面に取り付けた場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、受電側電磁コイル（２次側電磁コイル）昇降装置を車両１の後方、前方、或いは側方へ、使用時に突き出させて受電側電磁コイル（２次側電磁コイル）を路面に対して昇降させるような構成とすることもできる。

以上で説明した実施の形態は、本発明を説明するための例示に過ぎず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、適宜に変更を加え得ることは可能である。

１ 車両
２ 受電側電磁コイル（２次側電磁コイル）
３ フレーム要素
４ リンクアーム（受電側電磁コイル昇降装置の一部を構成）
４Ａ 回動支点（受電側電磁コイル昇降装置の一部を構成）
４Ｂ 回動支点（受電側電磁コイル昇降装置の一部を構成）
５ 凸状部（ストッパ）
６ 駆動アクチュエータ（受電側電磁コイル昇降装置の一部を構成）
７ 給電側電磁コイル（１次側電磁コイル）

Claims (3)

1. 地上側に配設される給電側電磁コイルから、車両側に配設される受電側電磁コイルへ非接触で電力を供給して車載のバッテリを充電する車両の非接触給電装置であって、
   受電側電磁コイルを車両に対して自動的に昇降可能に支持する受電側電磁コイル昇降装置が備えられると共に、受電側電磁コイルから下方に突出する凸状部が設けられ、
   受電側電磁コイル昇降装置により受電側電磁コイルを降下させると共に、車両の車高調整装置を介して車高を低下させ、前記凸状部を路面に当接させて、受電側電磁コイルと、給電側電磁コイルと、の間隙を所定にセットすることを特徴とする車両の非接触給電装置。
2. 前記車両の車高調整装置は、車両に備わるニーリング装置であることを特徴とする請求項１に記載の車両の非接触給電装置。
3. 地上側に配設される給電側電磁コイルから、車両側に配設される受電側電磁コイルへ非接触で電力を供給して車載のバッテリを充電する車両の非接触給電方法であって、
   受電側電磁コイルを車両に対して自動的に昇降可能に支持する受電側電磁コイル昇降装置が備えられると共に、受電側電磁コイルから下方に突出する凸状部が設けられ、
   受電側電磁コイル昇降装置により受電側電磁コイルを降下させると共に、車両の車高調整装置を介して車高を低下させ、前記凸状部を路面に当接させて、受電側電磁コイルと、給電側電磁コイルと、の間隙を所定にセットすることを特徴とする車両の非接触給電方法。