JP2016063684A - 給電導体の埋設構造 - Google Patents
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Abstract
Description
この特許文献1記載の給電装置は、以下のように構成されている。
車両側は、電気エネルギーを動力とするモーター、整流回路、及び車輪等を有する車両システム、又は、電気エネルギーを動力とするモーター、バッテリ、整流回路、及び車輪等を有する車両システムである。車輪側は、路面側に敷設された導体から電力を受電する。
ところで、例えば路面側に敷設される導体を路面上に連続的に配列した場合、これはすなわち電車の線路と同等の形態となる。そのため、人が敷設されている2つの導体を同時に触れないようにするため、2つの導体の配置位置や配置方法に制約を受けることになる。
また、一般的な建築床は、コンクリート、カーペット、長尺シート、塗装等様々であり、建物としての機能性や意匠性によって決定される。そのため、床上に電極を連続的に配列することは、建物としての機能性、意匠性を損なう要因となる。
そこで、この発明は上記従来の未解決の問題に着目してなされたものであり、給電効率の低下を抑制することの可能な給電導体の埋設構造を提供することを目的としている。
図1は、本発明を適用した給電装置の一例を示す概略構成図であり、電動カート等の車両に対して給電を行う給電装置の一例である。
給電装置は、車両側に設けられる受電側装置と、走行路側に設けられる給電側装置とを含む。
給電には、電動カート等の車両の有する車輪のうち2つの車輪が選択される。例えば、右後輪が第一車輪5、左後輪が第二車輪6として選択される。
基体側部材13は、平面視で、第一導体14と重なる領域を含む第一基体側部材13aと、第二導体15と重なる領域を含む第二基体側部材13bと、を備える。
図2において、支柱21は、金属又はプラスチック等の絶縁性の素材からなる。支柱21の上部には、表面部材16を固定するための固定部21aが形成され、固定部21aはゴム、プラスチック等の絶縁性の素材で形成され、表面部材16と建物スラブ11、又は、金属部材12が配置されている場合には、表面部材16と金属部材12との間を絶縁する。
給電用の第一導体14及び第二導体15は、ワイヤレス給電を行うための電力の送電路であり、例えば板形状に形成される。第一導体14及び第二導体15は、高周波電力のスキンデプスを十分満足する厚みを有する、鉄、アルミニウム、ステンレス等の金属製のシート部材からなる。前述のように、第一導体14及び第二導体15は、高周波電力給電用の電源装置18から供給される高周波電力の波長に比べて、十分に格子間隔が狭く配置された金属メッシュであってもよく、また、シート形状であってもよい。これら第一導体14及び第二導体15は、基体側部材13に埋設されていてもよく、逆に表面部材16に埋設されていてもよい。また、基体側部材13と表面部材16とに亙ってこれら間に埋設されていてもよく、表面部材16の走行路面となる面が平坦となるように、基体側部材13と、第一導体14及び第二導体15と、表面部材16と、が積層されていればよい。
表面部材16は、平面視で、基体側部材13の第一基体側部材13a及び第一導体14と重なる第一表面部材16aと、第二基体側部材13bと重なる第二表面部材16bと、を備える。
目地材17は、目地材17aと目地材17bとを備える。目地材17aは、基体側部材13の第一基体側部材13aと第二基体側部材13bとの間に設けられ、第一、第二基体側部材13a、13bと目地材17aとからなる層の上面が平坦となるように形成される。目地材17bは、表面部材16の第一表面部材16aと第二表面部材16bとの間に設けられ、第一、第二表面部材16a、16bと目地材17bとからなる層の上面が平坦となるように形成される。なお、目地材17a、17bは、必ずしも両方を設ける必要はなく、いずれか一方にのみ配置してもよい。
また、目地材17a及び17bは一体に形成してもよく、また、目地材17aの上に目地材17bを積層してもよい。
基体側部材13がプラスチック、木、発泡スチロール等の、複素誘電率の実部が「1」、虚部が「0」に近い部材である場合には、目地材17は必ずしも設けなくてもよい。アスファルト材料、コンクリート材料などの誘電体の場合には、目地材17を設けることが好ましい。
そして、金属部材12、基体側部材13、第一及び第二導体14、15、及び表面部材16の積層構造の幅は、図1に示すように、基体側部材13、表面部材16及び金属部材12により、第一導体14及び第二導体15間の電流リークを低減することの可能な幅に形成されている。
この最大有能電力効率ηmaxは、Sパラメータを用いて、次式(1)から演算することができる。
ηmax=(|S21|/|S12|)×{K−(K2−1)1/2}
K=(1−|S11|2−|S22|2+|S11×S22−S12×S21|2)/(2×|S12×S21|)
……(1)
ここでは、高周波電力の周波数を13.56MHzとした場合の、最大有能電力効率ηmaxを示す。
初めに、表面部材16を設けること、及び第一、第二表面部材16a、16b間に目地材17bを設けることによる効果について検討した。なお、第一導体14及び第二導体15間の距離は一定とした。また、基体側部材13に目地材17aを設けていない。また、図3及び図4は、車両として電動カートに適用した場合を示している。
(1)表面部材16を設けないか、又は、表面部材16を、コンクリート等に金属繊維等を混入して金属板に近い素材で形成し、第一表面部材16aと第二表面部材16bとの間に目地材17bを設けた場合の、給電装置の最大有能電力効率ηmaxは、84%程度であった。
(2)表面部材16をアスファルトとし、第一、第二表面部材16a、16b間に目地材17bを設けない場合(図3(A))の、給電装置の最大有能電力効率ηmaxは、63%程度であった。
以上(1)〜(3)の比較結果から表面部材16の材質を金属に近い材質とすること、また、第一、第二表面部材16a、16b間に目地材17bを設けることで高い効率でのワイヤレス給電が可能であることが確認できた。
また、コンクリート等に金属繊維等を混入し、金属板に近い素材として構成した表面部材16に目地材17bを設けた構造とすることで高い効率でのワイヤレス給電が実現できることが確認できた。
次に、金属部材12を設けることによる効果について検討した。
金属部材12を設けない場合(図4(A))と、金属部材12を設けた場合(図4(B))とで、最大有能電力効率ηmaxを演算したところ、約5%の差異が生じることが確認された。
金属部材12を設けることで、金属部材12の下層の材料、すなわち建物スラブ11等の影響を排除することが可能となる。これは路面や建物スラブ11上に、給電側装置を配置する場合、金属部材12の下層の材料が誘電体であると、ワイヤレス給電時の電界に影響を及ぼし、最大有能電力効率ηmaxが低下することを防止する効果を持つことを意味している。
なお、上記実施形態においては、建物スラブ11上に、第一、第二導体14、15を配置する場合について説明したが、これに限らず、例えば、基体としての道路に配置することも可能である。この場合、例えば、アスファルト舗装を行う前に、地面等の上に基体側部材13から順に積層し、走行路表面をアスファルト舗装する際に表面部材16としてのアスファルトも同時に積層することで、道路に第一、第二導体14、15を埋設するようにしてもよい。
また、給電用の第一、第二導体14、15から、周波数の異なる複数の交流電力を伝送するようにしてもよい。このようにすることによって、例えば、複数の異なる車両に対して、各車両で固有の周波数を用いて交流電力を伝送することができる。
また、上記実施形態において、図1では、基体側部材13と表面部材16とが平面視で一致して重なる場合について説明したが、図3に示すように、基体側部材13と表面部材16とは必ずしも同一の大きさでなくてもよく、基体側部材13と表面部材16とが、平面視で第一導体14及び第二導体15と一致する領域を含んでいればよい。
さらに、本発明の範囲は、請求項により画される発明の特徴の組み合わせに限定されるものではなく、全ての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。
2 第二電極
3 整流器
4 負荷
11 建物スラブ
12 金属部材
13 基体側部材
14 第一導体
15 第二導体
16 表面部材
17 目地材
21 支柱
Claims (11)
- 基体上に所定間隔で左右に並べて配置される第一給電導体及び第二給電導体と、
電界損失の少ない素材からなる表面部材と、を備え、
前記第一給電導体及び前記第二給電導体の少なくとも上面は、前記表面部材により覆われており、
前記表面部材の、平面視で前記第一給電導体を含む領域と前記第二給電導体を含む領域との間に、絶縁物からなる目地材を配置したこと又は隙間を設けたことを特徴とする給電導体の埋設構造。 - 所定間隔で左右に並べて配置される第一給電導体及び第二給電導体と、
電界損失の少ない素材からなる表面部材と、を備え、
基体と前記表面部材との間に空洞層を有する二重床構造をなし、
前記第一給電導体及び前記第二給電導体は、少なくとも前記第一給電導体及び前記第二給電導体の上面が前記表面部材により覆われるように前記表面部材に設けられており、
前記表面部材の、平面視で前記第一給電導体を含む領域と前記第二給電導体を含む領域との間に、絶縁物からなる目地材を配置したこと又は隙間を設けたことを特徴とする給電導体の埋設構造。 - 基体上に配置され、絶縁性の素材からなる基体側部材と、
所定間隔で左右に並べて配置される第一給電導体及び第二給電導体と、
電界損失の少ない素材からなる表面部材と、を備え、
前記第一給電導体及び前記第二給電導体は、前記基体側部材及び前記表面部材のいずれか一方又は両方に亙って埋設され、前記基体側部材又は前記表面部材により周囲が覆われていることを特徴とする給電導体の埋設構造。 - 前記基体と前記基体側部材との間に金属部材を備えることを特徴とする請求項3に記載の給電導体の埋設構造。
- 前記金属部材は、金属板、金属シート又は金属メッシュであることを特徴とする請求項4記載の給電導体の埋設構造。
- 前記基体側部材は、プラスチック、木、発泡スチロール、アスファルト材料、コンクリート材料、石材、粘土、及びこれらいずれかの素材に導電性の低い物質を混入し電気抵抗を増加させた素材のいずれかからなる部材、又はこれら素材を複層若しくは複合したものからなる部材であることを特徴とする請求項3から請求項5のいずれか1項に記載の給電導体の埋設構造。
- 前記基体側部材及び前記表面部材のいずれか一方の、平面視で前記第一給電導体を含む領域と前記第二給電導体を含む領域との間に、絶縁物からなる目地材を配置したこと又は隙間を設けたことを特徴とする請求項3から請求項6のいずれか1項に記載の給電導体の埋設構造。
- 前記目地材は、固体及び液体のいずれか又はこれらの混合体であることを特徴とする請求項1、請求項2又は請求項7に記載の給電導体の埋設構造。
- 前記第一給電導体及び前記第二給電導体は、板形状、シート形状、又はメッシュ形状であることを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の給電導体の埋設構造。
- 前記表面部材は、プラスチック、木、発泡スチロール、アスファルト材料、コンクリート材料、及び導電性の高い物質をコンクリートに混入し電気抵抗を低下させた素材のいずれかからなる部材又はこれら素材を複層又は複合したものからなる部材であることを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の給電導体の埋設構造。
- 前記表面部材の上面が車両の走行路面となることを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の給電導体の埋設構造。
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