JP2014123999A - 非接触受電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内蔵の無線通信機能による通信性能劣化を生じさせない非接触受電装置を提供すること。
【解決手段】非接触受電装置１０は、電気推進車両４０に金属フレーム部材３０を介して取り付けられ、かつ給電装置２０側から非接触で電力供給を受ける。非接触受電装置１０は、給電装置２０から非接触で受電するために受電コイル１０２と、給電装置２０と近距離無線通信を行うための第１の無線回路基板１０７および第１の通信用アンテナ１０６と、受電コイル１０２を基準として金属フレーム部材３０側に配置され、導体からなる磁界遮蔽部材１０４とを備え、金属フレーム部材３０は非接触受電装置１０と金属フレーム部材３０とで電気的に繋がったループを形成しないことを特徴とする。
【選択図】図７

Description

本発明は、電気推進車両の二次電池に非接触で充電する非接触充電システムにおいて、電気推進車両に取り付けられる非接触受電装置に関する。

まず、非接触充電システムの一構成例を説明する。非接触充電システムは、電気自動車又はプラグインハイブリッド車に代表される電気推進車両に設置されたバッテリーへと充電するために、電磁誘導の相互誘導作用に基づき、地上に設置された非接触給電装置（以下、単に「給電装置」という）から、電気推進車両のシャシーに設置された非接触受電装置（以下、単に「受電装置」という）に非接触で電力を伝送する。

このような非接触充電システムでは、非接触電力伝送に際し、給電装置と受電装置の間では相互に、充電指示及び要求電力等の情報伝達が必要となる。その必要性から、給電装置及び受電装置には、近距離無線通信用のアンテナが備わっている（例えば、特許文献１，２を参照）。

以下、代表的に特許文献１について説明する。信号伝送コイル通信装置は、例えば、電気推進車両用の非接触充電システム等の設置対象に付設される。この非接触充電システムは、通信時に僅かの空隙空間を介して対向位置決めされ、対称構造の対をなすアンテナコイルを備えている。アンテナコイルは、平面略８字形状や、平面ループ形状や、平面磁性体への平面直交巻形状等の巻線形状をなし、例えば、電力伝送用の給電コイルや受電コイルの中央空間に、埋め込まれる（例えば、特許文献１の図４参照）。

特開２００８−２８８８８９号公報 特開２００６−３４５５８８号公報

以上説明したように、近距離無線通信機能を搭載した非接触充電システムがいくつか開示されている。しかし、受電装置を電気推進車両に搭載する際、無線通信機能の性能劣化を生じさせないよう考慮する必要があるという課題があった。

それゆえに、本発明の目的は、無線通信の性能劣化を生じさせない、受電装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明に係る受電装置は、車体下部に金属部材を介して取り付けられ、かつ給電装置側から非接触で電力供給を受ける受電装置であって、前記給電装置から非接触で受電するために受電コイルと、前記給電装置と近距離無線通信を行うための無線回路基板および通信用アンテナと、前記受電コイルを基準として前記金属部材側に配置され、導体からなる遮蔽部材とを備え、前記金属部材は前記受電装置と前記金属部材とで電気的に繋がったループを形成しないことを特徴とする。

上記構成によれば、金属部材と受電装置とで電気的に繋がったループを形成しないこと
で、金属部材からの不要輻射磁界の発生を抑制することができる。これによって、受電装置を車両に搭載した状態でも、近距離無線通信を高品質にすることができる。

本発明に係る非接触充電システムＳの設置例を示す模式図 図１に示す受電装置１０及び給電装置２０の内部構成を示す図 図２の受電装置１０の内部の詳細な構成を示す図 図２の給電装置２０の内部構成を詳細に示す図 図２に示す金属フレーム部材３０の構成例を示す図 図１に示す電気推進車両４０に搭載された無線通信システムの車内−車外通信を示す模式図 図１に示す電気推進車両４０に搭載された無線通信システムの車内−車内通信を示す模式図 図２に示す受電装置１０に金属フレーム部材３０を接続した場合の金属フレーム部材３０上の電流Ｉと磁界Ｈの発生を示す図 本発明に係る非導電性材料が含まれる金属フレーム部材５０の構成例を示す図 本発明に係る金属フレーム付加部材を備えた金属フレーム部材６０の構成例を示す図

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る非接触充電システムＳの設置例を示す模式図である。図１において、非接触充電システムＳは、地上の所定の場所に配置される非接触給電装置（以下、単に「給電装置」という）２０と、非接触受電装置（以下、単に「受電装置」という）１０とで構成されている。この非接触充電システムＳは、典型的には、電気推進車両４０の充電用途に用いられる。この場合、受電装置１０は、電気推進車両４０に設置され、給電装置２０は、典型的には地面に設置される。しかし、これに限らず、給電装置２０は、例えば駐車スペースに浅く埋設されたり、移動可能に構成されたりしてもかまわない。

なお、本発明は主として受電装置１０に適用される。したがって、以下の説明では、給電装置２０の説明は、特に必要な箇所に限って行うものとする。

図２は、図１に示す受電装置１０及び給電装置２０の内部構成を示す図である。なお、図２には、受電装置１０の電気推進車両４０の下部への取付け方法の概略も示されている（接続部材１１４（ａ）〜（ｄ）で接続）。また、図３は、図１の受電装置１０の内部の詳細な構成を示す図である。同図（ａ）が上面図であって、同図（ｂ）が側面図であって、同図（ｃ）が電気推進車両４０の後方から受電装置１０を見た正面図である。

図２、図３において、受電装置１０は、負荷回路１０１と、受電コイル１０２と、フェライト１０３と、導体からなる磁界遮蔽部材１０４と、第１の通信用アンテナ１０５と、第１の無線回路基板１０６と第１のアンテナ給電線１０７とを備えている。

フェライト１０３および磁界遮蔽部材１０４は、後述の送電コイル１０８が出力する高周波電力の電気推進車両４０側（受電装置１０の受電コイル１０２の開口面と垂直かつ給電装置２０の反対方向）への伝達を抑圧する目的で備えている。

図４は、図１の給電装置２０の内部構成を詳細に示す図である。同図（ａ）が上面図であって、同図（ｂ）が側面図であって、同図（ｃ）が電気推進車両４０の後方から給電装
置２０を見た正面図である。

図４において、給電装置２０は、送電コイル１０８と、金属製台座１０９と、第２の通信用アンテナ１１０と、第２の無線回路基板１１１と、第２のアンテナ給電線１１２と、高周波信号源１１３とを備えている。

高周波信号源１１３は、高周波電力を生成し出力する信号源である。送電コイル１０８は、高周波信号源１１３に接続され、高周波電力が与えられると高周波の磁界を発生するコイルである。

受電コイル１０２は、送電コイル１０８から発生する磁界を受けて、非接触で給電装置２０からの電力を得るコイルである。負荷回路１０１は、受電コイル１０２に接続され、受電コイル１０２から得られた電流を供給する整流回路、電池などを含む回路である。

第１の通信用アンテナ１０５は、第１の無線回路基板１０６と第１のアンテナ給電線１０７を介して接続し、受電コイル１０２の近辺に配置され、磁界を送信するループ状のアンテナである。第２の通信用アンテナ１１０は、送電コイル１０８の近辺に配置され、第２の無線回路基板１１１と第２のアンテナ給電線１１２を介して接続される。この第２の通信用アンテナ１１０は、第１の通信用アンテナ１０５の発生する磁界を受信する。

なお、第１の通信用アンテナ１０５が磁界を受信し、第２のアンテナ１１０が磁界を送信する構成であっても良い。

なお、本実施の形態の通信用アンテナは、電波を送信する線状アンテナや板状アンテナであっても良い。

第１の通信用アンテナ１０５および第２の通信用アンテナ１１０は、例えば送電コイル１０８と受電コイル１０２の位置ずれ検知を行うための無線通信システムや給電装置２０と受電装置１０の制御を行う上での同期をとるための無線通信システム用のアンテナである。

ここで、他の移動体による後部からの追突による衝撃、走行中や駐車を行う際の石や車輪止めとの激突による衝撃により、受電装置１０が破損しないように、衝撃を吸収する金属フレーム部材３０を受電装置１０の近辺に配置する必要がある。

図１の金属フレーム部材３０は、非接触充電システムＳを備えた電気推進車両４０に取り付ける必要があるため、受電装置１０を電気推進車両４０にのみ接続する際に、容易に取り付け作業が行え、受電装置１０と一体になる構造が望ましい。

また、受電装置１０の取り付け位置の構造が異なる複数の電気推進車両に対応できるように、受電装置１０と電気推進車両４０の間に連結部材が必要とされる。

図５は、連結機能と衝撃吸収機能を備えた部材の一例である金属フレーム部材３０の構成を示す図である。図１に示すように電気推進車両４０は受電装置１０を吊り下げた構造で走行するため、これに絶え得る強度が必要であり、材質はアルミニウムや鉄といった金属製にする必要がある。また、電気推進車両４０に搭載する部品は極力、軽量なものが望まれるため、図５に示すような、４本の角棒４０１（ａ）〜（ｄ）を多角形の空洞（ループ）が出来るように、溶接やネジ止めした構造が好ましい。

金属フレーム部材３０に設けた横長の貫通口４０２（ａ）〜（ｄ）は、前述の受電装置
１０の取り付け位置の構造が異なる複数の電気推進車両４０に対応できるように設けている。

図２の第３の通信用アンテナ１１５は、第３の無線回路基板１１６と第３のアンテナ給電線１１７を介して接続し、電気推進車両４０の車内または車外に配置される。第３のアンテナ１１５は、図６に示すように、車外の第４の回路基板５０２と第４のアンテナ給電線５０３を介して接続された第４の通信用アンテナ５０１と通信が行われる。例えば、第３のアンテナ１１５は、スマートエントリーシステムの送信用アンテナや地上デジタルＴＶの受信用アンテナである。

また、第３のアンテナ１１５は、図７に示すように、車内の第５の回路基板６０２と第５のアンテナ給電線６０３を介して接続された第５の通信用アンテナ６０１と通信が行われる。例えば、図７の第３のアンテナ１１６は、近距離無線システムのＢｌｕｅｔｏｏｔｈやＷｉｒｅｌｅｓｓ ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）用アンテナである。

第１の無線回路基板１０６から出力した信号は、導体からなるループ状の第１の通信用アンテナ１０５に電流が流れ、ループ部分に流れる電流が磁界を発生する。発生した磁界は、通信を行う相手先である第２の通信用アンテナ１１０で受信されるが、一部は磁界遮蔽部材１０４に誘起し、磁界遮蔽部材１０４に電流が流れる。図８に示すように、受電装置５０では磁界遮蔽部材１０４と金属フレーム部材３０が電気的に接続されるため、前述の磁界遮蔽部材１０４に誘起した電流が金属フレーム部材３０に伝導する。金属フレーム部材３０は、導体からなるループ形状であるため、図８に示すように金属フレーム部材３０に、同図中の電流Ｉが流れ、これに伴い同図中の磁界Ｈを発生する。この磁界Ｈは、意図する信号ではなく、他の通信システムに悪影響を及ぼす。図２、図６、図７に示す通信システムであれば、金属フレーム部材３０が生成する磁界Ｈと、無線通信で用いる周波数が近い場合は、磁界Ｈによりアンテナ間の磁界分布が変化し、受信アンテナの受信レベルに影響を与える。周波数が、離れている場合においても無線回路基板の受信機の受信感度が劣化し、通信品質の低下を招く。

図９は金属フレーム部材３０の変形例を示した図である。金属フレーム部材３０の４０１（ｄ）の一部を非導電性材料９０２とした角棒９０１を備えた金属フレーム部材５０であって、磁界遮蔽部材１０４から伝導する電流のルートにループが生じないため、金属部材からの不要輻射磁界の発生を抑制することができる。これによって、受電装置を車両に搭載した状態でも、近距離無線通信を高品質にすることができる。

図１０は金属フレーム部材３０の変形例を示した図である。金属フレーム部材３０と受電装置１０を接続した際に、生じる開口部を塞ぐ導電性材料で構成された金属フレーム付加部材１００１を備えた金属フレーム部材６０であって、磁界遮蔽部材１０４から伝導する電流のルートにループが生じないため、金属部材からの不要輻射磁界の発生を抑制することができる。これによって、受電装置を車両に搭載した状態でも、近距離無線通信を高品質にすることができる。

なお、電気推進車両４０に受電装置１０が吊り下がる構造で走行すること考慮し、強度のある金属フレーム部材で接続を行う例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、全体が樹脂製の金属フレーム部材でも強度に不足がなければ可能であることは言うまでもない。

本発明に係る非接触充電システムの受電装置は、無線通信の性能劣化を生じさせないこ
とが要求される電気推進車両の充電用等に好適である。

Ｓ 非接触充電システム
１０ 受電装置
１０２ 受電コイル
１０３ フェライト
１０４ 磁界遮蔽部材
１０５ 第１の通信用アンテナ
１０６ 第１の無線回路基板
１０７ 第１のアンテナ給電線
２０ 給電装置
４０ 電気推進車両
３０ 金属フレーム部材

Claims (1)

1. 車体下部に金属部材を介して取り付けられ、かつ給電装置側から非接触で電力供給を受ける受電装置であって、
   前記受電装置は、
   前記給電装置から非接触で受電するために受電コイルと、
   前記給電装置と近距離無線通信を行うための無線回路基板および通信用アンテナと、
   前記受電コイルを基準として前記金属部材側に配置され、導体からなる遮蔽部材を備え、
   前記金属部材は前記受電装置と前記金属部材とで電気的に繋がったループを形成しないことを特徴とする非接触充電システムの受電装置。