JP2015002570A - 給電装置及び給電システム - Google Patents

Abstract

【課題】安価に給電側コイルユニット上面に異物が搭載されたまま充電されることを防止できる給電装置及び給電システムを提供する。【解決手段】給電側コイルユニット２２は、車両に搭載された受電側コイルユニットに対して非接触で電力を給電する。中空レール２５によって、給電側コイルユニット２２が、給電を行わないときに配置される収容ボックスＢ１内の待機位置と、給電時に配置される給電位置と、の間で移動可能に設けられる。待機位置と給電位置との間の給電側コイルユニット２２の移動経路上に設けられたブラシ２７が、給電側コイルユニット２２上面を掃いて、異物を除去する。【選択図】図２

Description

本発明は、給電装置及び給電システムに係り、特に、車両に搭載された受電側コイルユニットに対して非接触で電力を給電する給電装置及び当該給電装置を備えた給電システムに関するものである。

近年、ハイブリッド自動車や電気自動車などに搭載されたバッテリを充電する給電システムとして、電源コードや送電ケーブルを用いないワイヤレス給電が注目されている。このワイヤレス給電では、一対のコイルユニットの一方を給電設備の地面に設置し、他方を車両に搭載して、給電設備に設置されたコイルユニットから車両に搭載されたコイルユニットに対して電磁誘導や磁界共鳴などにより非接触で電力を供給している。

上述したように給電設備に設けられたコイルユニットは、地面に設置されているため、金属物などの異物がその上面に載ってしまう恐れがあった。異物が搭載されたまま給電が行われると、コイルユニット間の結合状態が影響を受けるため、伝送効率が低下する、などの不都合が生じていた。

そこで、従来では、コイルユニット上の異物を異物検出センサにより検出し、異物が検出されると、その旨をユーザに警報したり、給電を停止していた（特許文献１〜３）。しかしながら、コイルユニットでは大きな磁界が発生するため、異常検出センサの検出精度を高めるのは難しく、コスト的にも問題があった。

特開２０１２−２２８１２１号公報 特開２０１２−２２８１２２号公報 特開２０１２−２２８１２３号公報

そこで、本発明は、安価に給電側コイルユニット上面に異物が搭載されたまま充電されることを防止できる給電装置及び給電システムを提供することを課題とする。

上述した課題を解決するための請求項１記載の発明は、車両に搭載された受電側コイルユニットに対して非接触で電力を給電する給電側コイルユニットと、前記給電側コイルユニットを、前記給電を行わないときに配置される待機位置と、前記給電時に配置される給電位置と、の間で移動させる移動手段と、前記待機位置と前記給電位置との間の前記給電側コイルユニットの移動経路上に設けられ、前記給電側コイルユニット上面を掃く、または、前記給電側コイルユニット上面に送風して、異物を除去する第１異物除去手段と、を備えたことを特徴とする給電装置に存する。

請求項２記載の発明は、前記第１異物除去手段が、前記給電側コイルユニット上面を掃くブラシ又はワイパーから構成されていることを特徴とする請求項１に記載の給電装置に存する。

請求項３記載の発明は、前記給電側コイルユニットに取り付けられ、前記給電側コイルユニット上面を掃く、または、前記給電側コイルユニット上面に送風して、異物を除去する第２異物除去手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の給電装置に存する。

請求項４記載の発明は、前記移動手段が、前記給電側コイルユニットを走行させる中空状の中空レールを有し、前記待機位置側から前記中空レール内に送風する第１送風ファンと、前記給電位置に設けられ、前記中空レールからの送風を前記給電位置に配置された前記給電側コイルユニット上面に向けて排出する第１送風ダクトと、を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の給電装置に存する。

以上説明したように請求項１記載の発明によれば、第１異物除去手段が、待機位置と給電位置との間の給電側コイルユニットの移動経路上に設けられ、給電側コイルユニット上面を掃く、または、給電側コイルユニット上面に送風して、異物を除去する。したがって、異物検出センサを設けなくても、異物を除去できる。このため、安価に給電側コイルユニット上面に異物が搭載されたまま充電されることを防止できる。

請求項２記載の発明によれば、給電側コイルユニット自身が移動するため、ブラシ又はワイパーを駆動させるモータも必要もないので、コストダウンを図ることができる。

請求項３記載の発明によれば、第２異物除去手段が、給電側コイルユニットに取り付けられ、給電側コイルユニット上面を掃く、または、給電側コイルユニット上面に送風して、異物を除去する。したがって、第１異物除去手段を通過した後に、異物が載ってもそれを除去することができる。

請求項４記載の発明によれば、第１送風ファンが、給電側コイルユニットを走行させる中空レール内に送風し、給電位置に設けられた第１送風ダクトが、中空レールからの送風を給電位置に配置された給電側コイルユニット上面に向けて排出する。これにより、中空レールを流用して、安価に、待機位置に設けられた第１送風ファンからの風を給電側コイルユニット上面に送ることができる。

請求項５記載の発明によれば、車両は、第２送風ファンと、第２送風ファンからの送風を給電側コイルユニット上面に向けて排出する第２送風ダクトと、を有する。したがって、第１異物除去手段を通過した後に、異物が載ってもそれを除去することができる。

本発明の給電装置を組み込んだ給電システムの一実施形態を示す回路図である。 図１に示す給電装置の斜視図である。 図２のＩ−Ｉ線断面図である。 図２に示す給電装置の配置を説明するための説明図である。 他の実施形態における給電装置の配置を説明するための説明図である。 他の実施形態における給電システムを示す図である。 他の実施形態における給電側コイルユニットの斜視図である。 他の実施形態における給電側コイルユニットの斜視図である。

以下、本発明の給電装置を組み込んだ給電システムについて図１〜図４を参照して説明する。図１などに示すように、給電システム１は、車両の駐車場などの給電設備に配置される給電装置２と、受電装置３が搭載された車両１０（図４参照）と、を備えている。

上記給電装置２は、図１に示すように、高周波電力を供給する高周波電源２１と、高周波電源２１からの高周波電力が供給される給電側コイルユニット２２と、共振周波数を調整するための給電側コンデンサＣ１と、整合器２３と、給電装置２全体の制御を司る制御部２４と、備えている。

上記高周波電源２１は、高周波電力を生成して、給電側コイルユニット２２に供給している。この高周波電源２１により生成される高周波電力は、後述する給電側共鳴コイル２２Ａ及び受電側共鳴コイル３１Ａの共鳴周波数と等しくなるように設けられている。

給電側コイルユニット２２は、高周波電源２１から高周波電力が供給される給電側共鳴コイル２２Ａと、給電側共鳴コイル２２Ａを収容する収容ケース２２Ｂ（図２参照）と、を備えている。

上記給電側コンデンサＣ１は、例えば給電側共鳴コイル２２Ａと直列に接続され、給電側共鳴コイル２２Ａと共に共振回路を形成している。本実施形態では、給電側コンデンサＣ１は、給電側共鳴コイル２２Ａと直列接続しているが、並列接続するようにしてもよい。整合器２３は、高周波電源２１と給電側共鳴コイル２２Ａ及び給電側コンデンサＣ１から成る共振回路と、の間のインピーダンスを整合させるための回路である。

受電装置３は、図１に示すように、給電側コイルユニット２２から非接触で受電する受電側コイルユニット３１と、共振周波数を調整するための受電側コンデンサＣ２と、受電側コイルユニット３１が受電した高周波電力を直流電力に変換する整流器３２と、整流器３２により変換された直流電力が供給される車載バッテリ３３と、を備えている。

受電側コイルユニット３１は、給電側共鳴コイル２２Ａと磁界共鳴する受電側共鳴コイル３１Ａと、受電側共鳴コイル３１Ａを収容する図示しない収容ケースなどを備えている。

上記受電側コンデンサＣ２は、図１に示すように、例えば受電側共鳴コイル３１Ａと直列に接続され、受電側共鳴コイル３１Ａと共に共振回路を形成している。本実施形態では、受電側コンデンサＣ２は、受電側共鳴コイル３１Ａと直列接続しているが、並列接続するようにしてもよい。

制御部２４は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵを有する周知のマイクロコンピュータから構成され、高周波電源２１のオンオフなどを制御している。

上述した給電システム１によれば、車両１０の受電装置３が給電設備の地面に設けた給電装置２に近づいて、給電側共鳴コイル２２Ａと受電側共鳴コイル３１Ａとが対向する。このとき、制御部２４が、高周波電源２１に高周波電力を生成させて、給電側共鳴コイル２２Ａに供給させると、給電側共鳴コイル２２Ａと受電側共鳴コイル３１Ａとが磁界共鳴して、受電側共鳴コイル３１Ａが高周波電力を受電する。受電側共鳴コイル３１Ａで受電された高周波電力は、整流器３２で直流電力に変換されて、車載バッテリ３３に充電される。

次に、上記給電装置２の詳細な構成について説明する。図２に示すように、給電装置２は、電源ボックスＢ１と、収容ボックスＢ２と、移動手段としての中空レール２５と、ケーブル２６と、第１異物除去手段としてのブラシ２７と、第１送風ファンＦ１（図１）と、第１送風ダクトＤ１と、をさらに備えている。

電源ボックスＢ１は、略箱型に形成されていて、内部に高周波電源２１、整合器２３、給電側コンデンサＣ１、制御部２４などを収容している。電源ボックスＢ１は、図４に示すように、コンセントＣから電源供給を受ける関係で、建物の壁際に配置されている。収容ボックスＢ２も、図２に示すように、略箱型に形成され、給電を行わないときに給電側コイルユニット２２が内部に収容される。即ち、この収容ボックスＢ２内が、待機位置となる。本実施形態では、収容ボックスＢ２は、電源ボックスＢ１と一体に設けられている。

上記中空レール２５は、待機位置である収容ボックスＢ２と、給電時に配置される給電位置と、の間の地面上に互いに平行に一対設けられている。この中空レール２５は、図３に示すように、中空状に形成されている。本実施形態では、中空レール２５は、地面上に設けられているが、地面に埋設され、上面だけが露出するように設けてもよい。

上記給電側コイルユニット２２は、図３に示すように、この一対の中空レール２５上を走行するための車輪２２Ｃと、車輪２２Ｃを駆動するモータＭ（図１）と、をさらに有している。これにより、給電側コイルユニット２２は、収容ボックスＢ２と、給電位置との間を移動可能に設けられる。上記モータＭは、制御部２４により、その駆動が制御される。

上記ケーブル２６は、電源ボックスＢ１と給電側コイルユニット２２間を電気的に接続する。収容ボックスＢ２にはこのケーブル２６を巻き取る図示しない巻取機構が設けられ、上記給電側コイルユニット２２が収容ボックスＢ２内に収容されたときのケーブル２６の余長を巻き取る。

上記収容ボックスＢ２には、図２に示すように、給電位置側に開口した出入口が設けられている。この出入口から給電側コイルユニット２２が収容ボックスＢ２内外に出入りできる。上記ブラシ２７は、この収容ボックスＢ２の出入口上端に設けられている。これにより、ブラシ２７が、出入口から収容ボックスＢ２外に出る際に給電側コイルユニット２２の上面を掃いて、異物を除去するようにしている。

上記第１送風ファンＦ１は、高周波電源２１を冷却するためのファンであり、制御部２４により、その駆動が制御される。電源ボックスＢ１及び収容ボックスＢ２内には、この第１送風ファンＦ１と中空レール２５とを接続する図示しないダクトが設けられている。これにより、第１送風ファンＦ１から中空レール２５内に送風される。

上記第１送風ダクトＤ１は、電力伝送に影響を与えない樹脂などで構成されており、給電位置に設けられ、中空レール２５の送風を給電位置に配置された給電側コイルユニット２２の上面に向けて排出する。詳しくは、第１送風ダクトＤ１は、一端が中空レール２５に連結され、他端側の開口が給電側コイルユニット２２の上面に向けて、Ｕ字状に設けられている。また、第１送風ダクトＤ１の幅は、給電側コイルユニット２２の幅とほぼ同じに設けられている。

次に、上述した構成の給電システム１の動作について説明する。給電側コイルユニット２２は、給電を行わないときは収容ボックスＢ２内に配置されている。制御部２４は、図４に示すように、図示しないセンサなどにより、受電側コイルユニット３１を搭載した車両１０が駐車スペースに停車したことを検出すると、モータＭを駆動して、収容ボックスＢ２から給電側コイルユニット２２を給電位置に移動させる。

このとき、上記給電側コイルユニット２２が動いて、収容ボックスＢ２の出入口を通過する際に、その上端に設けられたブラシ２７が、給電側コイルユニット２２の上面を掃いて、異物を除去する。

その後、制御部２４は、第１送風ファンＦ１を駆動する。この第１送風ファンＦ１からの風は、中空レール２５及び第１送風ダクトＤ１を通って、給電位置に配置された給電側コイルユニット２２上に送風され、異物を除去できる。

その後、制御部２４は、高周波電源２１を制御して、高周波電力を給電側共鳴コイル２２Ａに供給して車両１０に搭載された車載バッテリ３３の充電を行う。車載バッテリ３３の充電が終了すると、制御部２４は、第１送風ファンＦ１の駆動を停止すると共に、モータＭを制御して、給電側コイルユニット２２を給電位置から収容ボックスＢ２に向けて移動させ、収容ボックスＢ２に配置する。

上述した実施形態によれば、ブラシ２７が、待機位置と給電位置との間の給電側コイルユニット２２の移動経路上に設けられ、給電側コイルユニット２２上面を掃いて異物を除去する。したがって、異物検出センサを設けなくても、異物を除去できる。このため、安価に給電側コイルユニット２２上面に異物が搭載されたまま充電されることを防止できる。

上述した実施形態によれば、ブラシ２７が給電側コイルユニット２２上面を掃く際に、給電側コイルユニット２２自身が移動するため、ブラシ２７を駆動させるモータも必要もないので、コストダウンを図ることができる。

また、上述した実施形態によれば、第１送風ファンＦ１が、給電側コイルユニット２２を走行させる中空レール２５内に送風し、給電位置に設けられた第１送風ダクトＤ１が、中空レール２５からの送風を給電位置に配置された給電側コイルユニット２２上面に向けて排出する。これにより、中空レール２５を流用して、安価に、待機位置に設けられた第１送風ファンＦ１からの風を給電側コイルユニット２２上面に送ることができる。しかも、給電中に常時、給電側コイルユニット２２上面に風を当てることにより、給電側コイルユニット２２を冷却することもできる。

なお、上述した実施形態によれば、収容ボックスＢ２は電源ボックスＢ１と一体に設けられていたが、これに限ったものではない。図５に示すように、収容ボックスＢ２と電源ボックスＢ１とを別体に設けてもよい。この場合、収容ボックスＢ２の配置位置に制限がなくなるため、図５に示すように、収容ボックスＢ２を車両１０の停車位置の近くに配置することができる。

また、上述した実施形態によれば、ブラシ２７を収容ボックスＢ２の出入口に設けていたが、本発明はこれに限ったものではない。ブラシ２７としては、給電側コイルユニット２２の待機位置と給電位置との移動経路上に設けられていればよく、収容ボックスＢ２とは別に設けられていてもよい。

また、上述した実施形態によれば、第１異物除去手段としてブラシ２７を用いていたが、本発明はこれに限ったものではない。ワイパーを用いてもよい。また、送風ファンを設けて、給電側コイルユニット２２上面に送風するようにしてもよい。

また、上述した実施形態によれば、中空レール２５を通過した第１送風ファンＦ１からの風を、給電位置に設けられた第１送風ダクトＤ１から排出することにより、給電側コイルユニット２２上面に送風していたが、これに限ったものではない。この場合、給電位置に第１送風ダクトＤ１が突出してしまうため、車両１０停車の際に支障があった。

そこで、図６に示すように、車両１０側から送風するようにしてもよい。同図に示すように、車両１０には、第２送風ファンＦ２と、第２送風ファンＦ２からの送風を給電側コイルユニット２２上面に向けて排出する第２送風ダクトＤ２と、を有する。第２送風ファンＦ２としては、例えば車載バッテリ３３の冷却用に設けられたものを流用してもよい。また、第２送風ダクトＤ２には、開閉機構が設けられ、車載ＥＣＵにより、充電時のみ開いて送風できるようになっていてもよい。車載ＥＣＵとしては、バッテリ監視ＥＣＵを流用してもよい。

これにより、ブラシ２７を通過した後、異物が搭載しても車両１０からの送風によりそれを除去することができる。

また、図７に示すように、給電側コイルユニット２２に第２異物除去手段としての第３送風ファンＦ３と、第３送風ファンＦ３からの送風を給電側コイルユニット２２上面に向けて排出する第３送風ダクトＤ３を設けてもよい。第３送風ファンＦ３は、給電側コイルユニット２２の収容ケース２２Ｂ内に設けられている。第３送風ダクトＤ３は、その一端が収容ケース２２Ｂの側面に連通し、他端が給電側コイルユニット２２の上面に向かうように、Ｕ字状に設けられている。

これにより、第３送風ファンＦ３、第３送風ダクトＤ３が、給電側コイルユニット２２に取り付けられ、給電側コイルユニット２２上面に送風して、異物を除去する。したがって、ブラシ２７を通過した後に、異物が載ってもそれを除去することができる。

また、図８に示すように、給電側コイルユニット２２に第２異物除去手段としてのブラシ２８を設けることが考えられる。給電側コイルユニット２２には、このブラシ２８を駆動するための図示しないモータが設けられている。このモータを駆動すると、ブラシ２８は、給電側コイルユニット２２上面を移動して、上面を掃く。ブラシ２８の代わりにワイパーを用いてもよい。

これにより、ブラシ２８が、給電側コイルユニット２２に取り付けられ、給電側コイルユニット２２上面を掃いて、異物を除去する。したがって、ブラシ２７を通過した後に、異物が載ってもそれを除去することができる。

また、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

１ 給電システム
２ 給電装置
１０ 車両
２２ 給電側コイルユニット
２５ 中空レール（移動手段）
２７ ブラシ（第１異物除去手段）
２８ ブラシ（第２異物除去手段）
３１ 受電側コイルユニット
Ｆ１ 第１送風ファン
Ｆ２ 第２送風ファン
Ｆ３ 第３送風ファン（第２異物除去手段）
Ｄ１ 第１送風ダクト
Ｄ２ 第２送風ダクト
Ｄ３ 第３送風ダクト（第２異物除去手段）

Claims (5)

1. 車両に搭載された受電側コイルユニットに対して非接触で電力を給電する給電側コイルユニットと、
   前記給電側コイルユニットを、前記給電を行わないときに配置される待機位置と、前記給電時に配置される給電位置と、の間で移動させる移動手段と、
   前記待機位置と前記給電位置との間の前記給電側コイルユニットの移動経路上に設けられ、前記給電側コイルユニット上面を掃く、または、前記給電側コイルユニット上面に送風して、異物を除去する第１異物除去手段と、
   を備えたことを特徴とする給電装置。
2. 前記第１異物除去手段が、前記給電側コイルユニット上面を掃くブラシ又はワイパーから構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の給電装置。
3. 前記給電側コイルユニットに取り付けられ、前記給電側コイルユニット上面を掃く、または、前記給電側コイルユニット上面に送風して、異物を除去する第２異物除去手段を
   備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の給電装置。
4. 前記移動手段が、前記給電側コイルユニットを走行させる中空状の中空レールを有し、
   前記待機位置側から前記中空レール内に送風する第１送風ファンと、
   前記給電位置に設けられ、前記中空レールからの送風を前記給電位置に配置された前記給電側コイルユニット上面に向けて排出する第１送風ダクトと、
   を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の給電装置。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載の給電装置と、
   前記受電側コイルユニットが搭載された車両と、を備えた給電システムにおいて、
   前記車両は、第２送風ファンと、前記第２送風ファンからの送風を前記給電側コイルユニット上面に向けて排出する第２送風ダクトと、を有する
   ことを特徴とする給電システム。

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