JP2015154539A - 非接触給電装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】簡単な構成で、1次側コイルと2次側コイルとを位置合わせして、1次側コイルと2次側コイルとを接近させることができる非接触給電装置を提供する。
【解決手段】車輪受け部24に車輪16が載置されると車輪受け部24が角変位する。そして車輪受け部24の角変位が回転棒26によって、カバー25が車両パッド14側の変位にするように変換される。したがってカバー25と一体の地上パッド21を、電力など他の動力を用いることなく駐車中の車両11の車両パッド14側へ変位させることができる。これによって送電コイル22と受電コイル15とを簡単な構成で接近させて、送電効率を向上することができる。
【選択図】図1

Description

本発明は、電動車両に非接触で送電する非接触給電装置に関する。
電気自動車およびハイブリッド車などの電動車両には、走行用の電力を外部電源から充電可能とする電池が装備されている。充電用の電力を給電する方法としては、給電側の電源口と車両の充電口とをケーブルで接続するプラグイン式の給電装置、およびケーブルを用いない非接触式の給電装置が知られている。
従来の非接触給電装置では、外部に設置された1次側コイルと、車体下部に設置された2次側コイル間で電磁場を介して、1次側コイルから2次側コイルへ送電が行われる。これによって2次側コイルは、電磁結合により電流が流れることによって、対向する1次側コイルからの給電を受ける。このような非接触給電装置において、充電時には1次側コイルと2次側コイルとの距離を短い方が送電効率がよい。
そこで特許文献1に記載の非接触給電装置では、駐車時に車両の車輪が自重で押圧板を押し下げることによって、油圧回路で接続されている1次側コイルが地面から上昇する。これによって1次側コイルを車両の2次側コイルに近接させている。
特開2011−120380号公報
前述の特許文献1に記載の非接触給電装置では、油圧回路を用いるので構造が複雑である。また地面に埋設されている油圧回路のメンテナンスが必要であり、普及の妨げになるおそれがある。
そこで、本発明は前述の問題点を鑑みてなされたものであり、簡単な構成で、1次側コイルと2次側コイルとを位置合わせして、1次側コイルと2次側コイルとを接近させることができる非接触給電装置を提供することを目的とする。
本発明は前述の目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。
本発明は、車両(11)の少なくとも1つの車輪(16)が載置されることによって車両の自重を受けて地面に対して角変位する車輪受け部(24)を含み、車輪受け部の角変位を、支持体(25)の1次側コイル(22)を支持する部分が2次側コイル側へ変位するように変換するリンク機構(26,30)と、を含むことを特徴とする非接触給電装置である。
このような本発明に従えば、まず、車輪受け部に車輪が載置されると車輪受け部が角変位する。そして車輪受け部の角変位がリンク機構によって、支持体の1次側コイルを支持する部分が2次側コイル側の変位にするように変換される。したがって支持体に支持されている1次側コイルを、電力など他の動力を用いることなく2次側コイル側へ変位させることができる。これによって1次側コイルと2次側コイルとを簡単な構成で接近させて、送電効率を向上することができる。
また車輪受け部に車輪が載置されることによって、車両を駐車スペースに対して位置決めすることができる。したがって位置決めされた車両に搭載される2次側コイルも、駐車スペースに設置される1次側コイルに対して位置決めすることができる。これによって1次側コイルと2次側コイルとの水平方向の位置合わせをすることができる。したがって各コイルの水平方向の位置合わせをし、さらに各コイルを接近させることができるので、送電効率を向上することができる。また1次側コイルを2次側コイル側に変位させるので、1次側コイルの上に存在した異物も、1次側コイルの変位に伴って除去することができる。
なお、前述の各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
非接触給電システム10を簡略化して示すブロック図である。 上下機構23を示す斜視図である。 地上パッド21が下方位置にある状態を示す断面図である。 地上パッド21が上方位置にある状態を示す断面図である。 車両11が駐車する前の状態を示す図である。 車両11が駐車中の状態を示す図である。 車両11が駐車した状態を示す図である。 第2実施形態の上下機構23Aを示す図である。 駐車状態にある上下機構23Aを示す図である。 第3実施形態の上下機構23Bを示す斜視図である。 上下機構23Bを示す側面図である。 駐車状態を示す図である。 第4実施形態の上下機構23Cを示す側面図である。 駐車状態を示す図である。
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を、複数の形態について説明する。各実施形態で先行する実施形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付すか、または先行の参照符号に一文字追加し、重複する説明を略する場合がある。また各実施形態にて構成の一部を説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している実施形態と同様とする。各実施形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態に関して、図1〜図7を用いて説明する。非接触給電システム10は、たとえば電気自動車およびプラグインハイブリッド自動車などの車両11のメインバッテリ12に充電する場合に適用することができる。非接触給電システム10は、2次電池であるメインバッテリ12と車両11の外部に設置される外部電源との間で、非接触で電磁誘導方式によって電力を伝送するシステムである。電磁誘導方式は、送電側と受電側との間で発生する誘導磁束を利用して電力を送る方式のことである。非接触給電システム10は、図1に示すように、車両11に搭載される受電回路13および車両パッド14、ならびに車両11の外部に設置される送電回路20および地上パッド21を含んで構成される。また地上パッド21および車両パッド14を総称して、非接触給電装置という。
先ず、送電回路20に関して説明する。送電回路20は、たとえば、家庭、集合住宅、コインパーキングなどの駐車設備、商業施設および公共施設などに設けられる。送電回路20は、車両11にとって外部となる外部電源、および送電コイル22に接続される。外部電源は、たとえば系統電源である。送電回路20は、車両11の受電コイル15に給電する際に動作する。送電回路20は、外部電源からの電力を車両11に送電する。送電回路20は、図示は省略するが、制御部、整流回路、高周波変換回路、通信回路、および共振回路を含んで構成される。
制御部は、送電回路20の各部を制御し、送電の開始および停止などを制御する。高周波変換回路は、外部電源から供給された電力を高周波の電力に変換し、共振回路に与える。共振回路は、効率よく電力伝送するため、高周波変換回路から与えられた電力の電圧と電流との位相を一致するように変換し、地上パッド21に与える。また通信回路は、制御部によって制御され、受電回路13と通信し、通信した情報を制御部に与える。
送電コイル22は、1次側コイルであって、地上パッド21に内蔵される。送電コイル22は、地上パッド21とともに駐車設備に画成された駐車スペース内に各々設置され、所定の通電によって電磁界を発生するように構成されている。送電コイル22は、車両11側に設けられた受電コイル15との間で非接触による電力の受け渡しを行う。送電コイル22は、ケーブルを介して送電回路20に接続され、送電回路20から与えられる高周波電力を電磁誘導により受電コイル15が搭載される車両11へ電力を送電する。
次に、車両パッド14に関して説明する。車両パッド14は、非接触で電力を受電する受電コイル15を内部に有し、車両11の底部にて車外に露出するように車両11に設けられる。
受電コイル15は、2次側コイルであって、車両パッド14に内蔵される。受電コイル15は、送電コイル22との間で非接触による電力の受け渡しを行う。受電コイル15は、送電コイル22が発生した電磁界の影響により、受電コイル15にも電磁界が発生し、受電コイル15に電流が流れ、電圧が発生する。受電コイル15は、受電回路13に接続され、発生した高周波電力を受電回路13に与える。
次に、受電回路13に関して説明する。受電回路13は、車両11において外部電源から給電される電力を充電する際に動作する回路である。受電回路13は、車両パッド14に内蔵される受電コイル15から給電された電力を直流電圧として出力し、メインバッテリ12を充電する。受電回路13は、図示は省略するが、共振回路、通信回路、整流回路、および昇圧回路を含んで構成される。
共振回路は、効率よく電力伝送するため、受電コイル15から供給された電力の電圧と電流との位相を一致するように変換し整流回路に与える。整流回路は、ダイオードおよびコンデンサから構成されている。整流回路は、ダイオードにより、共振回路から供給された高周波電力を整流し、コンデンサで平滑化した後、昇圧回路に供給する。昇圧回路は、整流回路からの電力の電圧を所定電圧まで、たとえば最大まで昇圧し、車両11に搭載されるメインバッテリ12に供給する。また通信回路は、車両制御装置によって制御され、送電回路20と通信し、通信した情報を車両制御装置に与える。
次に、車両11に搭載されるその他の構成(図示せず)に関して説明する。車両11には、メインバッテリ12、インバータ、モータジェネレータ(MG)、DC/DCコンバータ、補機バッテリおよび車両制御装置を含んで構成される。車両11は、メインバッテリ12の電力を基にして、モータジェネレータなどの負荷が駆動されるようになっている。また補機バッテリの電力を基にして、車両制御装置、空調ユニットおよび電動パワーステアリングユニットなどの補機が駆動されるようになっている。
メインバッテリ12は、高圧のバッテリであり、その端子電圧が高圧となるように設定されている。メインバッテリ12は、充放電可能に構成された電池であり、たとえばニッケル水素電池およびリチウムイオン電池などを使用することができる。
補機バッテリは、端子電圧がメインバッテリ12よりも低い低電圧バッテリである。補機バッテリは、メインバッテリ12を電力供給源としており、メインバッテリ12の電圧がDC/DCコンバータによって降下されて、降下された出力電圧が引加されるようになっている。
インバータは、メインバッテリ12とモータジェネレータとの間において電力形態の変換および電力量を調整する電力変換部である。インバータは、メインバッテリ12の直流電力を交流電力に変換(DC/AC変換)するとともに、モータジェネレータに必要とされる電力量を調整する。また、インバータは、減速時において車両11の駆動輪からの駆動力によって、モータジェネレータが回転駆動されることで交流の回生電力が得られたときには、交流の回生電力を直流電力に変換(AC/DC変換)してメインバッテリ12に供給し充電する。このようにインバータは、双方向の電力変換を可能としている。
モータジェネレータは、電動機および発電機の両機能を有する3相交流の回転電機である。モータジェネレータの回転軸の一方の端部は、内燃機関の出力軸に直結されており、他方の端部は、変速装置を介して駆動輪に機械的に連結されている。モータジェネレータは、インバータによって電力変換および電力調整された電量が供給されると、回転数および駆動トルクが制御されて、駆動輪に必要とされる駆動力を与える電動機として機能する。また、モータジェネレータは、減速時において駆動輪からの駆動力によって回転駆動されると、交流の回生電力を発生する発電機として機能する。モータジェネレータの作動は、車両制御装置によって制御される。
車両制御装置は、受電回路13を介して送電回路20と通信して、送電回路20の動作を把握しつつ、受電回路13の作動を制御する。車両制御装置は、補機バッテリを直接の電源とする。
次に、地上パッド21を上下させる上下機構23に関して説明する。上下機構23は、図2に示すように、車輪受け部24、カバー25および回転棒26を含んで構成される。
回転棒26は、地面に対して角変位可能に設けられている。回転棒26の両端は、地面に対して角変位可能に固定されている。したがって回転棒26は、軸が地面に沿って延びるように設けられている。回転棒26には、車輪受け部24とカバー25とが一体に設けられている。またカバー25と車輪受け部24とは、図3および図4に示すように、回転棒26の軸に対して、相対する位置するように設けられている。したがって車輪受け部24が下がるとカバー25が上がり、車輪受け部24が上がるとカバー25が下がる、いわゆるシーソーのようにお互いが上下に変位する。
車輪受け部24は、駐車時に車両11の車輪16、本実施形態では前方の両輪が載置される。車輪受け部24は、車止めとしての機能も有し、図3に示すように、断面L字状に形成されている。これによって上方に突出する部分が、車両11の進行を規制する規制部27となる。車輪受け部24は、地面に対して角変位可能に設けられている。
カバー25は、回転棒26に連結されており、地面に対して角変位可能に設けられている。またカバー25は、地上パッド21を覆い、地上パッド21と一体に設けられる。カバー25は、たとえば樹脂からなり、地上パッド21を保護するために設けられる。駐車スペースには、予めカバー25が収容可能な穴28が形成されている。カバー25は、図3に示すように、車両11が駐車していない待機状態では、ほとんどの部分が穴28の中、すなわち地下に収容されている。そして待機状態における上面は、地面に対して傾斜している。これによって待機状態において、空き缶などの異物がカバー25の上面に乗ることを防ぐことができる。換言すると、カバー25が上昇すると上面が斜めになるので、上に載っている異物は転がり落ちて除去される。
次に、図5〜図7を用いて上下機構23の動作に関して説明する。図5に示すように、車両11が駐車する前の待機状態では、カバー25および地上パッド21は穴28に収容されている。このように待機状態では、穴28の中にカバー25が位置するために、カバー25および地上パッド21の方が車輪受け部24よりも重くなるように質量が設定されている。
次に、図6に示すように、車両11の車輪16が車輪受け部24の上を進むことによって、車輪受け部24が状態に角変位する。車輪受け部24の下方への角変位に伴い、カバー25および地上パッド21が上方へ角変位する。
そして図7に示すように、車輪受け部24に車輪16が載置されて駐車状態になると、車輪受け部24は車両11の自重を受けて地面に対して向かうように角変位しているので、カバー25が地面から上昇している。カバー25が変位後の上昇している状態では、カバー25の上面は地面に対して傾斜している。これによってカバー25が上昇している駐車状態において、カバー25の上昇に伴う動きと、上面の傾斜によってカバー25に乗っていた異物を転がり落とすことができる。これによって異物を除去することができる。またカバー25の下部は、上昇時に穴28に異物が混入しないように、図4に示すように穴28を覆うように形状になっている。逆に、車両11が出庫して車輪受け部24から車輪16が離れると、カバー25および地上パッド21が自重によって穴28の底に向かうように角変位し、図5に示す待機状態となるように車輪受け部24が上昇する。
このように上下機構23によって、車両11の車重と駐車する際の動きを利用し、単純な機構で地上パッド21を動かすことにより、カバー25の上に載った異物を除去しつつ、車両パッド14に近づけることができる。
以上説明したように本実施形態の非接触給電システム10では、車輪受け部24に車輪16が載置されると車輪受け部24が角変位する。そして車輪受け部24の角変位が回転棒26によって、カバー25が車両パッド14側の変位にするように変換される。したがってカバー25と一体の地上パッド21を、電力など他の動力を用いることなく駐車中の車両11の車両パッド14側へ変位させることができる。これによって送電コイル22と受電コイル15とを簡単な構成で接近させて、送電効率を向上することができる。
また車輪受け部24に車輪16が載置されることによって、車両11を駐車スペースに対して位置決めすることができる。したがって位置決めされた車両11に搭載される受電コイル15も、駐車スペースに設置される送電コイル22に対して位置決めすることができる。これによって送電コイル22と受電コイル15との水平方向の位置合わせをすることができる。したがって各コイルの水平方向の位置合わせをし、さらに各コイルを接近させることができるので、送電効率を向上することができる。また送電コイル22を受電コイル15側に変位させるので、カバー25の上に存在した異物も、送電コイル22の変位に伴って除去することができる。
換言すると、地上パッド21にカバー25を装着し、車両11が車輪受け部24に乗り上げる力をヒンジ機構によってカバー25を持ち上げる力に変換し、地上パッド21を車両11に近づけることによって送電の効率を上げることができる。さらに地上パッド21とカバー25が持ち上がる動きを利用し、カバー25上にある異物を落下除去させることができる。カバー25が可動する機構を有し、充電のために車両11を駐車する際に、カバー25が可動して天面が斜めになることによって、カバー25上の異物を除去することができる。
また本実施形態では、カバー25と地上パッド21は一体に構成されるので、カバー25を変位させることによって、地上パッド21を変位させることができる。これによって地上パッド21を露出することを防ぎつつ、地上パッド21と車両パッド14とを接近させることができる。
また本実施形態では、待機状態では、車輪受け部24も地面に対して傾斜している。したがって待機状態において、車輪受け部24に異物がのることを防ぐことができる。
(第2実施形態)
次に、本発明の第3実施形態に関して、図8および図9を用いて説明する。本実施形態では、カバー25Aと地上パッド21Aが一体となって上下にスライド変位する点に特徴を有する。上下機構23Aには、車輪受け部24の角変位をカバー25Aの上下へのスライド変位に変換する変換部30を備える。変換部30は、第1リンク31、第2リンク32およびスライド部33を含んで構成される。
カバー25Aには、上下へスライドするスライド部33が連結される。スライド部33の一端は、地面に固定され、他端がカバー25Aに連結されている。スライド部33は、図9に示すように、蛇腹状で上下に伸縮する。
またカバー25Aには、L字状の第1リンク31の一端が連結される。第1リンク31の一端は、カバー25Aの水平方向にスライド変位可能に連結されている。また第1リンク31の他端は、第2リンク32の一端が角変位可能に連結されている。
第2リンク32は、棒状の部材であって、両端がそれぞれ角変位可能に他の部材に連結されている。具体的には、第2リンク32の他端は、車輪受け部24の先端が角変位可能に連結されている。また第1リンク31の中央は、回転棒26の下方に位置し、支点となって角変位するように設けられている。したがって第1リンク31は、中央を支点に両端が角変位する。
これによって車輪受け部24に車輪16が載置されて、図9に示すように車輪受け部24の先端が下降すると、第2リンク32の他端が下降し、第1リンク31の他端を押し下げる。すると第1リンク31の一端が時計回りに角変位する。そしてこの角変位がカバー25Aを持ち上げる力となり、スライド部33に案内されてカバー25Aが上昇する。
逆に、車両11が出庫すると、カバー25Aと地上パッド21Aとの自重によって下降し、第1リンク31の一端を下降させる。すると第1リンク31の他端が反時計回りに角変位する。これによって第2リンク32が上昇して、車輪受け部24の先端を押し上げるので、図8に示す待機状態となる。
このように本実施形態では、地上パッド21Aおよびカバー25Aが上下にスライド変位する。このような構成であっても、駐車している車両11の車両パッド14に地上パッド21Aを接近させることができる。したがって送電効率を上昇することができる。
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態に関して、図10〜図12を用いて説明する。本実施形態では、カバー25Bと地上パッド21Bとが別体である点に特徴を有する。また図10および図11に示すように、地上パッド21Bは、カバー25Bの内部にて地面に固定されている。
カバー25Bは、前述の第1実施形態と同様に、回転棒26に連結されており、車輪受け部24の角変位に伴って角変位する。したがって図12に示すように、車輪受け部24に車輪16が載置されて駐車状態になると、車輪受け部24は車両11の自重を受けて地面に対して向かうように角変位しているので、地上パッド21Bは変位せずカバー25Bが地面から上昇している。カバー25Bが上昇している状態では、カバー25Bの上面は地面に対して傾斜している。これによってカバー25Bが上昇している駐車状態において、カバー25Bの上昇に伴う動きと、傾斜によってカバー25Bに乗っていた異物を転がり落とすことができる。これによって異物を除去することができる。
このように本実施形態では、カバー25Bだけを変位させる簡単な構成で異物を除去することができる。またカバー25Bは待機状態において、地下に収納されていない。したがって上下機構23Bを設置する際に、駐車スペースに穴28を設ける必要がないので、設置コストを第1実施形態の上下機構23Bよりも低減することができる。
(第4実施形態)
次に、本発明の第3実施形態に関して、図13および図14を用いて説明する。本実施形態では、カバー25Cと地上パッド21Cとが別体である点に特徴を有する。またカバー25Cは、中央から分割されるように構成されている。また図13および図14に示すように、地上パッド21Cは、カバー25Cの内部にて地面に固定されている。
カバー25Cは、図13に示すように、中央から左右に分割可能に構成されている。図13の右方側に位置するカバー25Cの右方部41は、回転棒26と連結されている。したがって右方部41は、第1実施形態と同様に、車輪受け部24の角変位に伴って、角変位に変位する。
図13の左方側に位置するカバー25Cの左方部42は、左方側の端部が地面に対してスライド変位可能および角変位可能に設けられている。またカバー25Cの右方部41と左方部42とは、角変位可能に連結されている。これによって図13に示す待機状態では、カバー25Cは地上パッド21Cを覆っている状態にある。そして図14に示す駐車状態になると、車輪受け部24の下降に伴って、カバー25Cが左右に分割して、左方部42と右方部41の連結部分が地面から上昇する。連結部分が上昇している状態では、カバー25Cの上面は地面に対して傾斜している。これによってカバー25Cが上昇している駐車状態において、カバー25Cの上昇に伴う動きと傾斜とによってカバー25Cに乗っていた異物を転がり落とすことができる。これによって異物を除去することができる。
このように本実施形態では、カバー25Cが中央で二つ折れになって、更に急峻な坂となり、異物を落としやすくすることができる。換言すると、カバー25Cは途中で折れて多方向に傾きをもって、異物落下させることができる。
(その他の実施形態)
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。
上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。
前述の第1実施形態では、地上パッド21から車両パッド14に送電する場合について説明しているが、車両パッド14から地上パッド21へ送電する場合に用いてもよい。
前述の第1実施形態では、カバー25が送電コイル22を支持する支持体として機能しているが、カバー25とは別に支持体を設けてもよい。たとえば平板状の支持体が回転棒26に連結され、支持体にカバー25と送電コイル22が設けられる構成であってもよい。
前述の第1実施形態では、車輪受け部24の角変位をカバー25の受電コイル15側への変位に変換するリンク機構として回転棒26を用いてヒンジのような構成にしているが、回転棒26を用いる構成に限るものではい。第2実施形態のように、第1リンク31および第2リンク32などを用いた変換部30によってリンク機構を実現してもよい。リンク機構は、油圧回路を用いることなく、単に車輪受け部24の角変位を角変位やスライド変位などに機械的に伝達する機構であればよい。
前述の第1実施形態では、車両11の前輪を車輪受け部24に乗せる構成であるが、前輪に限るものではなく、後輪であってもよい。また両輪に限るものではなく片側の車輪であってもよい。
10…非接触給電システム 11…車両 12…メインバッテリ
13…受電回路 14…車両パッド
15…受電コイル(2次側コイル) 16…車輪 20…送電回路
21…地上パッド 22…送電コイル(1次側コイル)
23…上下機構 24…車輪受け部(部)
25…カバー(支持体) 26…回転棒(リンク機構)
27…規制部 28…穴 30…変換部(リンク機構)
31…第1リンク 32…第2リンク 33…スライド部
41…右方部 42…左方部

Claims (4)

  1. 車両(11)に搭載される2次側コイル(15)へ非接触で送電を行う非接触給電装置であって、
    前記2次側コイルへ非接触で送電する1次側コイル(22)と、
    前記1次側コイルを支持する支持体(25)と、
    前記車両の少なくとも1つの車輪(16)が載置されることによって前記車両の自重を受けて地面に対して角変位する車輪受け部(24)と、
    前記車輪受け部の角変位を、前記支持体の前記1次側コイルを支持する部分が前記2次側コイル側へ変位するように変換するリンク機構(26,30)と、を含むことを特徴とする非接触給電装置。
  2. 前記1次側コイルを覆い、前記1次側コイルと一体であるカバー(25)をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の非接触給電装置。
  3. 車両(11)に搭載される2次側コイル(15)へ非接触で送電を行う非接触給電装置であって、
    前記2次側コイルへ非接触で送電する1次側コイル(22)と、
    前記1次側コイルを覆うカバー(25)と、
    前記車両の少なくとも1つの車輪(16)が載置されることによって前記車両の自重を受けて地面に対して角変位する車輪受け部(24)と、
    前記車輪受け部の角変位を、前記カバーの前記2次側コイル側への変位に変換するリンク機構(26,30)と、を含むことを特徴とする非接触給電装置。
  4. 前記支持体が前記2次側コイル側へ変位後における前記カバーの上面の少なくとも一部は、前記地面に対して傾斜していることを特徴とする請求項2または3に記載の非接触給電装置。
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