JP2014014217A - Non-contact power supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、走行する電動車両に対して非接触にて電力を供給する装置に関するものである。 The present invention relates to a device that supplies electric power to a traveling electric vehicle in a contactless manner.
走行する電動車両に非接触にて電力を供給する手法として特許文献1では、複数の送電コイルおよび電源を用いた手法が示されており、図2に基づいて従来の技術を説明する。
As a technique for supplying electric power to a traveling electric vehicle in a non-contact manner,
図2は、路面3の上に複数の送電コイル211〜213が設置され、受電コイルを搭載した受電車両11〜12に非接触にて電力を供給するシステムを示している。
FIG. 2 shows a system in which a plurality of power transmission coils 211 to 213 are installed on the
送電コイル211〜213には各々に高周波電源221〜223が接続されており、高周波電圧を印加することで各々の送電コイルを励磁し電気エネルギーを磁気エネルギーに変換する。 High frequency power supplies 221 to 223 are connected to the power transmission coils 211 to 213, respectively, and by applying a high frequency voltage, each power transmission coil is excited to convert electrical energy into magnetic energy.
受電コイル111〜112は送電コイル211〜213から発生する磁気エネルギーを電気エネルギーに変換する。 The power receiving coils 111 to 112 convert magnetic energy generated from the power transmitting coils 211 to 213 into electric energy.
受電車両は受電コイルで変換された電気エネルギーをモータなどにより機械エネルギーに変換し車輪を駆動して走行する電動車両である。 A power receiving vehicle is an electric vehicle that travels by driving wheels by converting electrical energy converted by a power receiving coil into mechanical energy by a motor or the like.
特許文献1では電力の利用率を高めるために、受電車両が送電コイル上を走行する時にのみ高周波電源が送電コイルに電力を供給する。
In
図2の例では受電車両11は送電コイル211の上を走行しており、受電車両12は送電コイル213の上を走行しているため高周波電源221および223が送電コイル211および213に電力を供給する。高周波電源222は送電コイル212の上を受電車両が走行していないため送電コイル212への電力の供給を停止する。
In the example of FIG. 2, the power receiving vehicle 11 is traveling on the power transmission coil 211, and the power receiving vehicle 12 is traveling on the power transmission coil 213, so the high
このようにすることで電力の利用率を高めつつ、走行する電動車両に非接触にて電力を供給することができる。 In this way, it is possible to supply electric power in a non-contact manner to an electric vehicle that travels while increasing the power utilization rate.
しかしながら、走行する電動車両に非接触にて電力を供給するためには、送電コイルの走行方向の長さは受電コイルの走行方向の長さよりはるかに長くなければならず、送電コイルから漏れ磁束が生じる。 However, in order to supply electric power to a traveling electric vehicle in a contactless manner, the length of the power transmission coil in the traveling direction must be much longer than the length of the power receiving coil in the traveling direction, and leakage magnetic flux is generated from the power transmission coil. Arise.
送電コイルからの漏れ磁束に磁界により周辺の通信機器への障害や人体へ悪影響を及ぼす可能性がある。 There is a possibility that the leakage magnetic flux from the power transmission coil may adversely affect the surrounding communication equipment or the human body due to the magnetic field.
解決しようとする問題点は、非接触給電におけるエネルギー伝達の媒体となる磁界による周辺の通信機器への障害や人体への悪影響を抑制するために漏れ磁束を抑制しつつ走行中の電動車両に非接触にて電力を供給することである。 The problem to be solved is that non-contact power feeding is not applied to a running electric vehicle while suppressing leakage magnetic flux in order to suppress damage to surrounding communication devices and adverse effects on the human body due to a magnetic field as a medium for energy transmission. It is to supply electric power by contact.
請求項1の発明によれば、高周波電源により送電コイルに高周波電圧を印加することで送電側電気エネルギーを磁気エネルギーに変換する装置と、該磁気エネルギーを受電側電気エネルギーに変換する受電コイルと該受電側電気エネルギーを駆動力に変換して車両を走行させるための受電車両用駆動力変換装置を搭載した受電車両から構成される非接触にて電力を供給する装置において、
前記高周波電源と前記送電コイルを送電車両に搭載し、該送電車両は前記受電車両に並走して前記送電車両の送電コイルから発生する磁気エネルギーを前記受電車両の受電コイルに伝達することで非接触にて電力を供給することを特徴とする非接触給電装置。
According to the first aspect of the present invention, a device for converting electric energy on the power transmission side into magnetic energy by applying a high frequency voltage to the power transmission coil from a high frequency power source, a power receiving coil for converting the magnetic energy into electric energy on the power receiving side, and In an apparatus for supplying electric power in a non-contact manner composed of a power receiving vehicle equipped with a power receiving vehicle driving force conversion device for converting the power receiving side electric energy into driving force to drive the vehicle,
The high-frequency power source and the power transmission coil are mounted on a power transmission vehicle, and the power transmission vehicle runs parallel to the power reception vehicle and transmits magnetic energy generated from the power transmission coil of the power transmission vehicle to the power reception coil of the power reception vehicle. A non-contact power supply device that supplies power by contact.
請求項2の発明によれば、請求項1に記載のシステムにおいて、
前記送電車両は2本の導電性のレール上を走行し、該2本の導電性レールの一方を+電極とし他方を−電極とし、前記送電車両に導電性の車輪を搭載させて直流の電気エネルギーを送電側電気エネルギーとして前記送電車両に供給することを特徴とする非接触給電装置。
According to the invention of
The power transmission vehicle travels on two conductive rails, one of the two conductive rails is a positive electrode and the other is a negative electrode. A non-contact power feeding device that supplies energy as power transmission side electric energy to the power transmission vehicle.
請求項3の発明によれば、上り車線と下り車線を片側2車線以上有する道路において、
前記上り車線と前記下り車線のそれぞれに請求項1および請求項2の送電車両から受電車両へ給電が可能な給電レーンと給電が不可能な非給電レーンと中央分離帯に任意の間隔で前記送電車両が複数台待機でき、上り車線および下り車線から出入りできる待機所を設置し、前記受電車両が前記給電レーンに進入したら、近傍の前記待機所から前記送電車両も給電レーンに進入し、前記受電車両と前記送電車両が並走しながら前記送電車両から前記受電車両に電力を供給し、前記受電車両が非給電レーンに移ったら、前記送電車両は進行方向の近傍で待機スペースがある前記待機所に入り待機することを特徴とする電動車両への走行中非接触給電システム。
According to the invention of
The power transmission lane capable of feeding power from the power transmission vehicle to the power receiving vehicle of
請求項4の発明によれば、前記受電コイルを光発電素子に、前記送電コイルを発光素子に前記高周波電源を発光素子用電源に置換え、光エネルギーを媒体として非接触にてエネルギーの伝達を行うことを特徴とする請求項1記載の非接触給電装置。
According to the invention of
請求項5の発明によれば、前記受電コイルを回転体による発電機に、前記送電コイルを送風機またはポンプに、前記高周波電源を送風機またはポンプの電源に置換え、流体による機械エネルギーを媒体として非接触にてエネルギーの伝達を行うことを特徴とする請求項1記載の非接触給電装置。
According to the invention of
請求項6の発明によれば、前記受電コイルを熱発電素子に、前記送電コイルを発熱体に、前記高周波電源を発熱体の電源に置換え、熱エネルギーを媒体として非接触にてエネルギーの伝達を行うことを特徴とする請求項1記載の非接触給電装置。
According to the invention of claim 6, the power receiving coil is replaced with a thermoelectric generator, the power transmission coil is replaced with a heating element, the high frequency power source is replaced with a power source of the heating element, and energy is transmitted in a non-contact manner using thermal energy as a medium. The contactless power feeding device according to
受電車両と送電車両が並走し受電コイルと送電コイルの位置関係を適切に制御することにより、走行中の受電車両に送電車両からの電力を非接触にて給電しつつ、送電車両の送電コイルから発生する漏れ磁束を抑制することができる。 While the power receiving vehicle and the power transmitting vehicle run side by side and appropriately control the positional relationship between the power receiving coil and the power transmitting coil, the power receiving vehicle is being contacted with the power transmitted from the power transmitting vehicle in a non-contact manner. The leakage magnetic flux which generate | occur | produces from can be suppressed.
非接触給電におけるエネルギー伝達の媒体となる磁界による他の通信機器への障害や人体への影響を抑制するために漏れ磁束を抑制しつつ、走行中の電動車両に非接触にて電力を供給するという目的を実現した。
(第1の実施例)
Supplying electric power to a running electric vehicle in a non-contact manner while suppressing leakage magnetic flux in order to suppress damage to other communication devices and influence on the human body due to a magnetic field as a medium for energy transfer in non-contact power supply The purpose was realized.
(First embodiment)
図1に本発明の第1の実施例を示し、図1に基づいて本発明の詳細な説明をする。 FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention, and the present invention will be described in detail based on FIG.
図1の受電車両1は人物109や積荷110を運搬する車両であり、受電コイル101、受電車両用駆動力変換装置100、操舵装置108を備え、路面3の上を走行する。
A
受電車両用駆動力変換装置100は充電器102、蓄電装置103、受電車両用モータドライバ104、受電車両用モータ105、受電車両用駆動装置106、受電車両用車輪107から構成され、受電コイルから得た受電側電気エネルギーを駆動力に変換して受電車両1を走行させる。
The power receiving vehicle driving force conversion device 100 includes a
送電車両2は受電車両1に電力を送電する車両であり、送電コイル201、高周波電源202、送電車両用駆動力変換装置200を備え、路面3の下のレール4の上を走行する。
The
送電車両用駆動力変換装置200は送電車両用モータドライバ203、送電車両用モータ204、送電車両用駆動装置205、送電車両用車輪206〜208から構成され、送電側電気エネルギーを駆動力に変換して送電車両2を走行させる。
The power transmission vehicle
受電車両1において、受電コイル101は送電コイル201から発せられる磁気エネルギーを受け、電気エネルギーに変換する。
In the
充電器102は受電コイル101が出力する交流電力を整流して直流電力に変換し、電圧を調整して蓄電装置103に充電する。
The
受電車両用モータドライバ104は蓄電装置103に蓄えられた電気エネルギーを入力として受電車両用モータ105を所要のトルクとなるように制御し機械エネルギーを受電車両用駆動装置106に与える。
The power receiving
受電車両用駆動装置106は受電車両用モータ105から出力される機械エネルギーを受電車両用車輪107に伝達し、受電車両1に動力を与え路面3上を走行させる。
The power receiving
操舵装置108は受電車両1の進行方向を制御する。
The
送電車両2において送電コイル201は高周波電源202により高周波電圧が印加され、電気エネルギーを磁気エネルギーに変換し、受電コイル101を介して受電車両1に電力を供給する。
In the
送電車両用モータドライバ203は送電車両用モータ204を所要のトルクとなるように制御し機械エネルギーを送電車両用駆動装置205に与える。
The power transmission
送電車両用駆動装置205は送電車両用モータ204から出力される機械エネルギーを送電車両用車輪208に伝達し、送電車両2に動力を与えレール4上を走行させる。
The power transmission
走行中の受電車両1に送電車両2から電力を給電する場合、受電車両1は送電車両2の進行方向の速度と合うように並走し、受電コイル101と送電コイル201間の給電効率が最大となる位置関係となるように操舵装置108にて受電車両1の左右の位置を、受電車両用モータドライバ104にて受電車両1の進行方向の速度を制御する。
When power is supplied from the
また、受電車両1の進行方向の速度に合うように送電車両2を並走させ、受電コイル101と送電コイル201間の給電効率が最大となる位置関係となるように、送電車両用モータドライバ203にて送電車両2の進行方向の速度を制御してもよい。
Further, the
給電効率が最大となる位置関係を制御するために受電車両1と送電車両2との間の速度情報、電力情報は無線通信にて伝達を行っても良い。
また、受電車両1には複数台の受電コイル101を搭載し、複数台の送電車両2にて電力を給電することで大型車両に大電力を給電することも可能である。
Speed information and power information between the
In addition, a plurality of power receiving coils 101 can be mounted on the
また、送電車両2の車輪206〜207は鉄などの導電性の材料で構成されており、高周波電源202および送電車両用モータドライバ203への直流電力はレール41およびレール42から車輪206〜207を介して供給される。
Further, the
レール41とレール42は一方が+電極となり、もう一方が−電極となる。
(第2の実施例)
One of the rail 41 and the rail 42 is a positive electrode, and the other is a negative electrode.
(Second embodiment)
図3に本発明の第2の実施例を示し、図3に基づいて本発明の詳細な説明をする。 FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention, and the present invention will be described in detail based on FIG.
道路5は上り車線51と下り車線52および中央分離帯53により構成され、中央分離帯には送電車両2が待機する待機所6が任意の間隔で複数設置される。
The
待機所6には複数台の送電車両2が待機できる。
A plurality of
上り車線51と下り車線52には中央分離帯53側に各々給電レーン31が設けられ、その逆側には複数の非給電レーン32が設けられる。
The up lane 51 and the down lane 52 are each provided with a
給電レーン31は送電車両2から受電車両1へ非接触で給電可能なレーンで路面3の下には送電車両2が走行するレール41とレール42が設けられている。
The
非給電レーン32は受電車両1に搭載された蓄電装置103のエネルギーを用いて受電車両1が走行するレーンである。
The
以下に走行している受電車両1へ送電車両2から非接触にて給電するシーケンスを図3のA〜Hを用いて示す。
A sequence for supplying power from the
上り車線のAの地点において受電車両1は非給電レーン32を走行している。
The
Bの地点において受電車両1が非給電レーン32から給電レーン31に入ると、その受電車両1の近傍の待機所6に待機している送電車両2が給電レーン31に進入し、受電車両1の下を走行する。
When the
Cの地点において受電車両1は送電車両2の進行方向の速度と合うように並走し、受電コイル101と送電コイル201間の給電効率が最大となる位置関係となるように操舵装置108にて受電車両1の左右の位置を、受電車両用モータドライバ104にて受電車両1の進行方向の速度を制御する。
At the point C, the
また、受電車両1の進行方向の速度に合うように送電車両2を並走させ、受電コイル101と送電コイル201間の給電効率が最大となる位置関係となるように、送電車両用モータドライバ203にて送電車両2の進行方向の速度を制御してもよい。
Further, the
Dの地点において受電車両1への給電が必要なくなった場合には受電車両1は給電レーン31から非給電レーン32へ入り、送電車両2は進行方向の近傍で待機スペースの余裕がある待機所6に進入し待機する。
When power supply to the
下り車線についても同様にEの地点で非給電レーン32を走行している受電車両1がFの地点で給電レーン31に入るとその受電車両1の近傍の待機所6に待機している送電車両2が給電レーン31に進入し、受電車両1の下を走行する。
Similarly, regarding the down lane, when the
Gの地点において受電車両1は送電車両2の進行方向の速度と合うように並走し、受電コイル101と送電コイル201間の給電効率が最大となる位置関係となるように操舵装置108にて受電車両1の左右の位置を、受電車両用モータドライバ104にて受電車両1の進行方向の速度を制御する。
At the point G, the
Hの地点において受電車両1への給電が必要なくなった場合には受電車両1は給電レーン31から非給電レーン32へ入り、送電車両2は進行方向の近傍で待機スペースの余裕がある待機所6に進入し待機する。
When power supply to the
このように送電車両2を上り車線51と下り車線52で共有することにより、送電車両2の数量を抑えると共に、送電車両2が受電車両1に給電しないで走行する移動量を抑えることができる。
Thus, by sharing the
受電車両1が給電レーン31と非給電レーン32どちらを走行しているかは、受電車両1と近傍の待機所6との間で走行速度や走行位置の情報を無線通信で電送し判断する。
Whether the
また、給電レーンに設置した車両認識センサの情報を待機所6に電送しても良い。
(第3の実施例)
Further, the information of the vehicle recognition sensor installed in the power supply lane may be transmitted to the waiting place 6.
(Third embodiment)
図4は本発明の第3の実施例を示しており、第1の実施例の受電コイル101をソーラーパネルなどの光発電素子141に置換え、送電コイル201をLEDなどの発光素子241、高周波電源202を発光素子用電源242に置き換えて、電気エネルギーを発光素子241にて光エネルギーに変換し、光発電素子141にて電気エネルギーに変換することで送電車両2から受電車両1に非接触にて給電を行う。
FIG. 4 shows a third embodiment of the present invention, in which the power receiving coil 101 of the first embodiment is replaced with a photovoltaic element 141 such as a solar panel, the
充電器102は光発電素子141から得られる電気エネルギーの電圧を調整して蓄電装置103に充電する。
The
発光素子241から発する光は可視光だけでなく紫外線や赤外線を用いても良い。
(第4の実施例)
Light emitted from the light emitting element 241 may be not only visible light but also ultraviolet light or infrared light.
(Fourth embodiment)
図5は本発明の第4の実施例を示しており、第1の実施例の受電コイル101をプロペラと同期発電機などの回転体による発電機151に置換え、送電コイル201を送風機・ポンプ251、高周波電源202を送風機・ポンプ用電源252に置き換えて、電気エネルギーを送風機・ポンプ251にて流体による機械エネルギーに変換し、プロペラおよび回転体による発電機151にて電気エネルギーに変換することで送電車両2から受電車両1に非接触にて給電を行う。
FIG. 5 shows a fourth embodiment of the present invention, in which the power receiving coil 101 of the first embodiment is replaced with a generator 151 using a rotating body such as a propeller and a synchronous generator, and the
充電器102はプロペラと同期発電機などの回転体による発電機151から得られる交流電力を整流して直流電力に変換し、電圧を調整して蓄電装置103に充電する。
(第5の実施例)
The
(Fifth embodiment)
図6は本発明の第5の実施例を示しており、第1の実施例の受電コイル101を熱発電素子161に置換え、送電コイル201を発熱体261、高周波電源202を発熱体用電源262に置き換えて、電気エネルギーを発熱体261にて熱エネルギーに変換し、熱発電素子161にて電気エネルギーに変換することで送電車両2から受電車両1に非接触にて給電を行う。
FIG. 6 shows a fifth embodiment of the present invention. The power receiving coil 101 of the first embodiment is replaced with a thermoelectric generator 161, the
充電器102は熱発電素子161から得られる電気エネルギーの電圧を調整して蓄電装置103に充電する。
The
本発明により走行中の電動車両に非接触にて給電が可能となり、蓄電装置を搭載した電動車両の航続走行距離の問題を解決できるので産業上の利用の可能性は大いにある。 According to the present invention, electric power can be supplied to a traveling electric vehicle in a non-contact manner, and the problem of the cruising distance of an electric vehicle equipped with a power storage device can be solved.
1,11,12 受電車両
100 受電車両用駆動力変換装置
101,111,112 受電コイル
102 充電器
103 蓄電装置
104 受電車両用モータドライバ
105 受電車両用モータ
106 受電車両用駆動装置
107,171〜172 受電車両用車輪
108 操舵装置
109 人物
110 積荷
2 送電車両
200 送電車両用駆動力変換装置
201,211〜213 送電コイル
202,221〜223 高周波電源
203 送電車両用モータドライバ
204 送電車両用モータ
205 送電車両用駆動装置
206〜208 送電車両用車輪
3 路面
31 給電レーン
32 非給電レーン
4,41〜42 レール
5 道路
51 上り車線
52 下り車線
53 中央分離帯
6 待機所
141 光発電素子
241 発光素子
242 発光素子用電源
151 回転体による発電機
251 送風機・ポンプ
252 送風機・ポンプ用電源
161 熱発電素子
261 発熱体
262 発熱体用電源
1, 11, 12 Power-receiving vehicle 100 Power-receiving vehicle driving force converter 101, 111, 112 Power-receiving
Claims (6)
前記高周波電源と前記送電コイルを送電車両に搭載し、該送電車両は前記受電車両に並走して前記送電車両の送電コイルから発生する磁気エネルギーを前記受電車両の受電コイルに伝達することで非接触にて電力を供給することを特徴とする非接触給電装置。 A device for converting electric energy on the power transmission side to magnetic energy by applying a high frequency voltage to the power transmission coil from a high frequency power source, a power receiving coil for converting the magnetic energy to electric energy on the power receiving side, and converting the electric energy on the power receiving side into driving force In a device for supplying electric power in a non-contact manner constituted by a power receiving vehicle equipped with a power receiving vehicle driving force conversion device for driving the vehicle,
The high-frequency power source and the power transmission coil are mounted on a power transmission vehicle, and the power transmission vehicle runs parallel to the power reception vehicle and transmits magnetic energy generated from the power transmission coil of the power transmission vehicle to the power reception coil of the power reception vehicle. A non-contact power supply device that supplies power by contact.
前記送電車両は2本の導電性のレール上を走行し、該2本の導電性レールの一方を+電極とし他方を−電極とし、前記送電車両に導電性の車輪を搭載させて直流の電気エネルギーを送電側電気エネルギーとして前記送電車両に供給することを特徴とする非接触給電装置。 The system of claim 1, wherein
The power transmission vehicle travels on two conductive rails, one of the two conductive rails is a positive electrode and the other is a negative electrode. A non-contact power feeding device that supplies energy as power transmission side electric energy to the power transmission vehicle.
前記上り車線と前記下り車線のそれぞれに請求項1および請求項2の送電車両から受電車両へ給電が可能な給電レーンと給電が不可能な非給電レーンと中央分離帯に任意の間隔で前記送電車両が複数台待機でき、上り車線および下り車線から出入りできる待機所を設置し、前記受電車両が前記給電レーンに進入したら、近傍の前記待機所から前記送電車両も給電レーンに進入し、前記受電車両と前記送電車両が並走しながら前記送電車両から前記受電車両に電力を供給し、前記受電車両が非給電レーンに移ったら、前記送電車両は進行方向の近傍で待機スペースがある前記待機所に入り待機することを特徴とする電動車両への走行中非接触給電システム。 On roads with two or more lanes on one side and up lane,
The power transmission lane capable of feeding power from the power transmission vehicle to the power receiving vehicle of claim 1 and claim 2, the non-power feeding lane where power cannot be fed, and the central separation zone at each of the upstream lane and the downstream lane at arbitrary intervals. When a plurality of vehicles can stand by and a standby station is provided that can enter and exit from the ascending lane and descending lane, and the power receiving vehicle enters the power supply lane, the power transmitting vehicle also enters the power supply lane from the nearby standby station, and the power receiving When the vehicle and the power transmission vehicle are running side by side to supply power from the power transmission vehicle to the power receiving vehicle, and the power receiving vehicle moves to a non-powered lane, the power transmission vehicle has a standby space in the vicinity of the traveling direction. A non-contact power feeding system during traveling to an electric vehicle characterized by entering and waiting.
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