JP2016101875A - 給電装置及び車両給電システム - Google Patents

Abstract

【課題】移動式の給電装置及びそれを備える車両給電システムにおいて、簡易な構成で送電部と受電部との結合性を高めて高効率の電力伝送を実現する。【解決手段】送電部１２０は、受電部５００と係合して受電部５００と磁気的に結合することにより受電部５００へ送電するように構成される。台車３００は、送電部１２０を搭載する。昇降装置３２０は、台車３００上において送電部１２０を上昇可能に構成される。送電部１２０は、受電部５００との係合面において、昇降装置３２０による送電部１２０の上昇に伴ない送電部１２０を受電部５００との嵌合位置に誘導するように形成されたテーパ１２２を有する。【選択図】図３

Description

この発明は、停車中の車両へ電力を供給する給電装置及びそれを備える車両給電システムに関する。

特開２０１３−１９８１８７号公報（特許文献１）は、車両外部の電源により車両のバッテリを充電可能な車両給電装置を開示する。この車両給電装置においては、車両の下面と地面との間に進入可能な自走ロボットに給電コイルが搭載される。車両外部の電源によりバッテリの充電が行なわれるときは、自走ロボットを車両下面に設けられる受電コイルに対向する位置まで移動させて、給電コイルから受電コイルへ給電が行なわれる。

この車両給電装置によれば、大きな設置スペースや既存設備の大幅な改造を必要とせずに設置可能な車両給電装置を提供することができる（特許文献１参照）。

特開２０１３−１９８１８７号公報 特開２０００−２５２１４５号公報 特開２００６−２８８０３４号公報 特開２００５−２０９９４１号公報

上記のような自走ロボットを用いた移動式の給電装置においては、高効率の電力伝送を実現するために、送電部（給電コイル）と受電部（受電コイル）との位置合わせが重要である。自走ロボットの高精度な移動制御や位置検出等によって、高精度な位置合わせ及び高効率な電力伝送を実現し得るが、このような手法はコストが増大し得る。

それゆえに、この発明の目的は、停車中の車両に設けられる受電部に近接する位置まで移動して受電部へ給電する移動式の給電装置及びそれを備える車両給電システムにおいて、簡易な構成で送電部と受電部との結合性を高めて高効率の電力伝送を実現することである。

この発明によれば、給電装置は、停車中の車両に設けられる受電部に近接する位置まで移動して受電部へ給電する移動式の給電装置であって、送電部と、台車と、昇降装置と、制御装置とを備える。送電部は、受電部と係合して受電部と磁気的に結合することにより受電部へ送電するように構成される。台車は、送電部を搭載する。昇降装置は、台車上において送電部を上昇可能に構成される。制御装置は、給電装置の移動及び昇降装置による送電部の昇降を制御する。そして、送電部は、受電部との係合面において、昇降装置による送電部の上昇に伴ない送電部を受電部との嵌合位置に誘導するように形成されたテーパを有する。

このような構成とすることにより、送電部が上昇して受電部と係合すると、受電部に対して給電装置の位置にずれが生じていても、送電部の上昇に伴ない送電部が受電部との嵌合位置に誘導され、送電部と受電部との位置ずれが修正される。したがって、この給電装置によれば、簡易な構成で送電部と受電部との結合性を高めて高効率の電力伝送を実現することができる。

好ましくは、送電部は、台車の上方から送電部を平面視した場合に円形に形成される。テーパは、円形の中心軸に対して軸対象に形成される。

このような構成により、台車の上方から送電部を平面視した場合に、受電部に対する給電装置の位置ずれに対して、あらゆる方向の位置ずれに対応することができる。

好ましくは、送電部の受電部との係合面は、台車の上方向を凸とする円錐状に形成される。

このような構成により、送電部の受電部との係合面に異物（ゴミ等）が堆積するのを抑制することができる。

好ましくは、送電部は、コアと、コイルとを含む。コアは、台車の上方から送電部を平面視した場合に円形に形成される。コイルは、コアに埋設され、巻回軸がコアの中心軸に一致するように形成される。コアは、第１及び第２領域を含む。第１領域は、コイルの内周側に形成される。第２領域は、第１領域から周縁に向かって放射状に形成される。そして、第２領域は、コアの中心軸から同一距離における磁束通路の総断面積がコアの中心軸からの距離に拘わらず第１領域の断面積と同等となるように、コアの中心軸に近いほど厚く形成される。

このような構成により、コア内部での磁束の集中をできる限り回避し、磁束集中による損失の増加を抑制することができる。

好ましくは、送電部に、受電部との係合面の中心部に空気を供給するための通気孔が形成される。

このような構成により、受電部との係合面に堆積・付着した異物（ゴミ等）を効果的に除去することができる。

好ましくは、給電装置は、電源部をさらに備える。電源部は、送電部へ供給される交流電力を生成する。制御装置は、送電部から受電部への送電時には、所定の送電周波数の交流電力を生成するように電源部を制御し、送電部が受電部と係合する前には、送電部の機械的な共振周波数に相当する周波数の交流電力を生成するように電源部を制御する。

このような構成により、送電部が受電部と係合する前に、送電部を機械的に振動（共振）させて、受電部との係合面に堆積・付着した異物（ゴミ等）を効果的に除去することができる。

また、この発明によれば、車両給電システムは、車両に搭載される受電部と、移動式の給電装置とを備える。給電装置は、受電部に近接する位置まで移動して受電部へ給電する。給電装置は、送電部と、台車と、昇降装置と、制御装置とを含む。送電部は、受電部と係合して受電部と磁気的に結合することにより受電部へ送電するように構成される。台車は、送電部を搭載する。昇降装置は、台車上において送電部を上昇可能に構成される。制御装置は、給電装置の移動及び昇降装置による送電部の昇降を制御する。ここで、送電部及び受電部は、互いの係合面において、昇降装置による送電部の上昇に伴ない送電部を受電部との嵌合位置に誘導するように形成されたテーパを有する。

この車両給電システムによれば、簡易な構成で送電部と受電部との結合性を高めて高効率の電力伝送を実現することができる。

好ましくは、受電部に、送電部との係合面の中心部に空気を供給するための通気孔が形成される。

このような構成により、送電部と受電部との係合面に堆積・付着した異物（ゴミ等）を効果的に除去することができる。

この発明によれば、停車中の車両に設けられる受電部に近接する位置まで移動して受電部へ給電する移動式の給電装置及びそれを備える車両給電システムにおいて、簡易な構成で送電部と受電部との結合性を高めて高効率の電力伝送を実現することができる。

この発明の実施の形態による車両給電システムの全体構成図である。 給電装置と車両の受電部との平面的な位置関係を示した図である。 給電装置の構成を概略的に示す側面図である。 送電部の外形斜視図である。 受電部の外形斜視図である。 送電部と受電部とが嵌合した状態での送電部及び受電部の断面図である。 図１に示す給電設備及び車両の機能ブロック図である。 車両給電システムにおける給電制御の処理手順を説明するフローチャートである。 実施の形態２における送電部及び受電部の断面図である。 実施の形態２における給電制御の処理手順を説明するフローチャートである。 変形例１における送電部及び受電部の断面図である。 変形例２における送電部及び受電部の断面図である。 変形例３における送電部及び受電部の断面図である。 変形例４における送電部及び受電部の断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
（車両給電システムの全体構成）
図１は、この発明の実施の形態１による車両給電システムの全体構成図である。図１を参照して、この車両給電システムは、給電設備１０と、車両２０とを備える。給電設備１０は、電源装置１００と、電力ケーブル１４０と、移動式の給電装置２８０とを備える。

電源装置１００は、地面に対して固設され、車両２０へ供給するための電力（交流）を生成する。電源装置１００は、生成された電力を、電力ケーブル１４０を介して給電装置２８０へ供給する。電力ケーブル１４０は、給電装置２８０を電源装置１００と電気的に接続し、電源装置１００から給電装置２８０へ送電する。電力ケーブル１４０は、電源装置１００と給電装置２８０との間で通信を行なうための信号線を含む。なお、電源装置１００と給電装置２８０との通信は、無線で行なってもよい。

給電装置２８０は、電源装置１００から電力ケーブル１４０を介して電力を受け、車両２０の受電部５００（後述）へ給電する。給電装置２８０には、受電部５００へ送電するための送電部１２０が搭載される。この実施の形態１では、送電部１２０及び受電部５００の各々がコイルによって構成され、送電部１２０を受電部５００に近接（係合）させて送電部１２０と受電部５００とを磁気的に結合させることにより、送電部１２０から受電部５００へ非接触で送電される。

給電装置２８０は、自走式のロボットによって構成され、送電部１２０は、給電装置２８０の台車上において昇降装置（後述）により上昇可能に構成される。給電装置２８０は、停車中の車両２０の車体下部に進入して図２に示すように受電部５００に対向する位置まで移動し、送電部１２０を受電部５００に向けて上昇させて送電部１２０を受電部５００に係合させることにより、送電部１２０から受電部５００へ電力を供給する。

車両２０は、受電部５００と、整流部５２０と、蓄電装置５６０と、動力生成装置６００とを備える。受電部５００は、車両２０の車体下部に設けられる。この実施の形態１では、上述のように受電部５００はコイルによって構成され、受電部５００は、同様にコイルによって構成される送電部１２０と磁気的に結合することによって送電部１２０から受電し、整流部５２０へ出力する。

整流部５２０は、受電部５００によって受電された交流電力を整流して蓄電装置５６０へ出力する。整流部５２０は、たとえばダイオードブリッジ回路によって構成される。蓄電装置５６０は、再充電可能な直流電源であり、たとえば、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池によって構成される。蓄電装置５６０は、給電装置２８０から供給される電力を蓄えるほか、動力生成装置６００によって発電される電力も蓄える。そして、蓄電装置５６０は、その蓄えられた電力を動力生成装置６００へ供給する。

動力生成装置６００は、蓄電装置５６０に蓄えられる電力を用いて車両２０の走行駆動力を発生する。特に図示しないが、動力生成装置６００は、たとえば、蓄電装置５６０から電力を受けるインバータ、インバータによって駆動されるモータ、モータによって駆動される駆動輪等を含む。なお、動力生成装置６００は、蓄電装置５６０を充電するための発電機と、その発電機を駆動可能なエンジンとを含んでもよい。

（給電装置２８０の構成）
図３は、給電装置２８０の構成を概略的に示す側面図である。図３を参照して、給電装置２８０は、台車３００と、ケーブルリール３１０と、昇降装置３２０と、送電部１２０とを含む。台車３００は、送電部１２０を搭載し、図示しない駆動装置によって給電装置２８０を移動可能とする。ケーブルリール３１０は、電源装置１００（図１）からの給電装置２８０の距離に応じて電力ケーブル１４０を適宜引出／巻取可能に構成される。

昇降装置３２０は、台車３００上において送電部１２０を上昇可能に構成される。一例として、昇降装置３２０は、伸縮可能な多段構造の支持部材と、支持部材の伸縮を駆動するモータ（図示せず）とを含む。昇降装置３２０は、給電装置２８０の移動中は送電部１２０を台車３００上に降ろした状態とし、給電装置２８０が車両２０の車体下部に進入して受電部５００と対向する位置で停止した後、送電部１２０を受電部５００へ向けて上昇させる。

このように、この車両給電システムにおいては、移動式の給電装置２８０が車両２０の車体下部に進入し、車両２０の受電部５００と対向する位置まで移動する。そして、台車３００上において昇降装置３２０により送電部１２０が上昇し、送電部１２０が受電部５００と係合して送電部１２０と受電部５００とが磁気的に結合することにより、送電部１２０から受電部５００への給電が行なわれる。

高効率かつ磁束漏洩の少ない給電を実現するためには、車両２０の受電部５００に対する送電部１２０の位置合わせが重要である。給電装置２８０の高精度な移動制御や、給電装置２８０（或いは送電部１２０）の高精度な位置検出等によって、受電部５００に対する送電部１２０の高精度な位置合わせを実現し得るが、このような手法はコストが増大する。

そこで、この実施の形態１に従う給電装置２８０では、送電部１２０と受電部５００との係合面において、昇降装置３２０による送電部１２０の上昇に伴ない送電部１２０を受電部５００との嵌合位置に誘導するためのテーパが形成される。これにより、送電部１２０が上昇して受電部５００と係合すると、受電部５００に対して給電装置２８０の位置にずれが生じていても、送電部１２０の上昇に伴ない送電部１２０が受電部５００との嵌合位置に誘導され、送電部１２０と受電部５００との位置ずれが修正される。

（送電部１２０及び受電部５００の構成）
図４は、送電部１２０の外形斜視図である。図４を参照して、送電部１２０は円形状に形成される。そして、送電部１２０の上面側（受電部５００と係合する側）の周縁には、テーパ１２２が形成されている。

図５は、受電部５００の外形斜視図である。図５を参照して、受電部５００も円形状に形成される。そして、受電部５００の下面側（送電部１２０と係合する側）の周縁には、送電部１２０のテーパ１２２の形状に合わせてテーパ５０２が形成されている。

図６は、送電部１２０と受電部５００とが嵌合した状態での送電部１２０及び受電部５００の断面図である。図６を参照して、送電部１２０は、コイル１２４と、コア１２６と、モールド樹脂１３０とを含む。また、受電部５００は、コイル５０４と、コア５０６と、モールド樹脂５１０とを含む。

コイル１２４は、中心軸Ｃを巻回軸として巻回され、コア１２６の上面側（受電部５００と係合する側）においてコア１２６に埋設される。コア１２６の上面側には、コイル１２４を格納するための溝１２７が形成され、この溝１２７にコイル１２４が埋設される。コア１２６の上面側周縁には、テーパ１２２が形成されている。そして、送電部１２０は、モールド樹脂１３０によって全体が覆われている。なお、コア１２６には、コイル１２４に電気的に接続される電力線を通すための小径の配線孔１２８が設けられている。

コイル５０４も、中心軸Ｃを巻回軸として巻回され、コア５０６の下面側（送電部１２０と係合する側）においてコア５０６に埋設される。コア５０６の下面側には、コイル５０４を格納するための溝５０７が形成され、この溝５０７にコイル５０４が埋設される。コア５０６の下面側周縁には、テーパ５０２が形成されている。そして、受電部５００は、モールド樹脂５１０によって全体が覆われている。なお、コア５０６にも、コイル５０４に電気的に接続される電力線を通すための小径の配線孔５０８が設けられている。

なお、コア１２６，５０６の形状は、コア内部を流れる磁束の集中による損失増加を抑制可能な形状であることが好ましい。このため、この実施の形態１では、コア１２６，５０６にそれぞれ設けられる溝１２７，５０７は、中心軸Ｃに近い側が中心軸Ｃから遠い側に比べて浅くなるように形成されている。言い換えると、コア１２６，５０６は、溝１２７，５０７の内周側の第１領域（凸形状の部分）からコア周縁に向けて放射状に広がる第２領域において、中心軸Ｃに近い側の厚みが中心軸Ｃから遠い側の厚みに比べて厚く形成されている。

具体的には、送電部１２０について代表的に説明すると、コア１２６の第１領域の半径をｒ０とし、溝１２７の下方に設けられるコア１２６の第２領域において中心軸Ｃからの距離ｒ（ｒ＞ｒ０）での厚みをａとした場合、厚みａは、中心軸Ｃからの距離ｒにおける磁束通路（放射状に広がる）の総断面積が距離ｒに拘わらずコア１２６の第１領域の断面積と同等となるように、次式にて決定される。

ａ＝ｒ０²／（２ｒ） …（１）
コア１２６の第２領域の厚みａが中心軸Ｃからの距離ｒ（ｒ＞ｒ０）に応じて上式の値となるように溝１２７を形成することによって、コア１２６内部での磁束密度を均一化し、磁束集中による損失の増加を抑制することができる。

（給電設備１０及び車両２０の構成）
図７は、図１に示した給電設備１０及び車両２０の機能ブロック図である。図７を参照して、給電設備１０において、電源装置１００は、電源部１１０と、電源ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１６０とを含む。

電源部１１０は、商用系統電源等の外部電源４００から電力を受けて所定の伝送周波数を有する交流電力を生成し、電力ケーブル１４０を介して給電装置２８０の送電部１２０へ出力する。電源部１１０は、たとえば単相フルブリッジ回路によって構成されるインバータを含む。

電源ＥＣＵ１６０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置、入出力バッファ等を含み（いずれも図示せず）、送電部１２０から車両２０の受電部５００への送電を制御する。具体的には、給電装置２８０が車両２０の受電部５００に対向する位置まで移動して送電部１２０から受電部５００への送電準備が完了すると、電源ＥＣＵ１６０は、所定の伝送周波数を有する交流電力を電源部１１０が生成するように電源部１１０を制御する。

なお、電源ＥＣＵ１６０は、給電設備１０から車両２０への給電が実行される際に、通信装置１８０を用いて車両２０と無線通信を行ない、車両２０に関する情報（車両２０の駐車位置等）や、給電の開始／停止、車両２０の受電状況等の情報を車両２０とやり取りする。また、電源ＥＣＵ１６０は、給電装置２８０に搭載される移動ＥＣＵ２００（後述）とも通信を行ない、車両２０に関する情報や、給電装置２８０の移動に関する情報（目標位置への移動完了等）をやり取りする。なお、電源ＥＣＵ１６０と移動ＥＣＵ２００との間の情報のやり取りは、電力ケーブル１４０を介して行なわれるものとするが、無線通信によって行なってもよい。

給電装置２８０は、送電部１２０と、移動ＥＣＵ２００と、受光部２２０と、駆動装置２６０と、昇降装置３２０とを含む。送電部１２０は、電力ケーブル１４０を介して電源部１１０から受ける交流電力を、車両２０の受電部５００へ磁界を介して送電する。

移動ＥＣＵ２００は、ＣＰＵ、記憶装置、入出力バッファ等を含み（いずれも図示せず）、給電装置２８０の移動及び昇降装置３２０による送電部１２０の昇降を制御する。具体的には、移動ＥＣＵ２００は、車両２０に関する情報を電源ＥＣＵ１６０から受け、駐車位置に停車した車両２０を認識する。そして、移動ＥＣＵ２００は、送電部１２０と車両２０の受電部５００との位置合わせを行なうための受光部２２０からの検出信号に基づいて、送電部１２０と受電部５００との相対位置関係を検出し、送電部１２０が受電部５００と対向する位置に給電装置２８０が配置されるように給電装置２８０の移動を制御する。

受光部２２０は、車両２０に設けられる発光部６６０（後述）から出力される光を受光ためのセンサである。受光部２２０は、たとえば、発光部６６０から出力される赤外線を検知可能な全方位カメラによって構成され、受光部２２０の検出結果に基づいて、給電装置２８０に対する発光部６６０の方向が検知される。

昇降装置３２０は、台車３００（図３）上において送電部１２０を上昇させるため装置であり、詳細は図３で説明したとおりである。駆動装置２６０は、給電装置２８０の移動を可能とするための各種機構を含む。具体的には、駆動装置２６０は、走行ホイールと、走行ホイールを駆動するためのモータとを含む。走行ホイールには、たとえば全方向に移動可能なオムニホイール（登録商標）やメカナムホイール等を用いることができる。

車両２０は、図１に示した受電部５００、整流部５２０、蓄電装置５６０及び動力生成装置６００のほか、充電リレー５４０と、システムメインリレー（ＳＭＲ）５８０と、車両ＥＣＵ６２０と、通信装置６４０とをさらに含む。

車両ＥＣＵ６２０は、ＣＰＵ、記憶装置、入出力バッファ等を含み（いずれも図示せず）、各種センサからの信号の入力や各機器への制御信号の出力を行なうとともに、車両２０における各機器の制御を行なう。一例として、車両ＥＣＵ６２０は、蓄電装置５６０の充電制御や、車両２０の走行制御を実行する。

また、受電部５００と給電設備１０の送電部１２０との位置合わせが行なわれるとき、車両ＥＣＵ６２０は、通信装置６４０によって受信される給電設備１０からの指令に応じて発光部６６０を発光させる。発光部６６０は、受電部５００に近接して配置される。発光部６６０は、たとえば、給電設備１０の受光部２２０によって受光可能な赤外線を全方位へ向けて発光する。

なお、送電部１２０と受電部５００との位置合わせは、赤外線を用いた上記のような方法に限られない。たとえば、放射状又は回転式のレーザー発信器を給電装置２８０に搭載し、その反射光を給電装置２８０で受信することによって送電部１２０と受電部５００との相対位置関係を検出してもよい。或いは、超音波発信器を車両２０に搭載し、発信された超音波を給電装置２８０で受信することによって送電部１２０と受電部５００との相対位置関係を検出してもよい。

充電リレー５４０は、給電設備１０による蓄電装置５６０の充電時に車両ＥＣＵ６２０によってオンされる。ＳＭＲ５８０は、動力生成装置６００の起動が要求されると、車両ＥＣＵ６２０によってオンされる。

なお、車両ＥＣＵ６２０は、給電設備１０から車両２０への給電が実行される際に、通信装置６４０を用いて給電設備１０と通信を行ない、車両２０に関する情報（車両２０の駐車位置等）や、給電の開始／停止、車両２０の受電状況等の情報を給電設備１０とやり取りする。

（給電制御の説明）
図８は、この車両給電システムにおける給電制御の処理手順を説明するフローチャートである。給電装置２８０により給電可能な位置に停車した車両２０への給電要求に応じて、フローチャートに示される一連の処理が開始される。

図８を参照して、車両２０への給電が要求されると、給電装置２８０と車両２０との間で通信が行なわれ、給電装置２８０から車両２０への給電スケジュールが決定される（ステップＳ１０）。なお、給電スケジュールの決定は、給電装置２８０側のＥＣＵ（電源ＥＣＵ１６０及び／又は移動ＥＣＵ２００）で行なってもよいし、車両２０側の車両ＥＣＵ６２０において行なってもよい。

ステップＳ１０において決定された給電スケジュールに従って給電作業が開始されると（ステップＳ２０においてＹＥＳ）、車両２０の発光部６６０が発光し、発光部６６０からの放射光が受光部２２０によって受光される。そして、移動ＥＣＵ２００は、受光部２２０の検出信号に基づいて、給電装置２８０と受電部５００との相対位置関係を検出し、給電装置２８０の現在位置から目標位置（送電部１２０が受電部５００と対向する位置）までの移動ルートを決定する（ステップＳ３０）。

給電装置２８０の移動ルートが決定されると、移動ＥＣＵ２００により駆動装置２６０が制御され、給電装置２８０が目標位置まで移動する（ステップＳ４０）。給電装置２８０が目標位置に到達すると、移動ＥＣＵ２００により昇降装置３２０が制御され、送電部１２０が所定高さまで上昇する（ステップＳ５０）。なお、ここでの所定高さは、送電部１２０が受電部５００と係合しない高さである。

次いで、電源ＥＣＵ１６０により電源部１１０が制御され、送電部１２０から受電部５００へテスト電力が出力される（ステップＳ６０）。このテスト電力は、送電部１２０のコイルと受電部５００のコイルとの結合状態を測定するために出力されるものであり、蓄電装置５６０を充電する際に出力される電力よりも小さい電力である。そして、このテスト電力の出力中に、送電部１２０のコイルと受電部５００のコイルとの結合状態が測定される（ステップＳ７０）。コイルの結合状態は、種々の方法で測定可能であり、たとえば、送電部１２０から受電部５００への送電効率、受電部５００の受電状況（受電電圧、受電電流、受電電力等）、電源部１１０への反射電力等に基づいて測定され得る。

そして、移動ＥＣＵ２００は、給電装置２８０をたとえば前後左右に少しずつ移動させ、その際のコイル結合状態の変化に基づいて、コイルの結合度が増す方向に給電装置２８０を移動させる（ステップＳ８０）。移動ＥＣＵ２００は、コイル結合度の極大が得られるまでステップＳ７０，Ｓ８０の処理を繰り返す（ステップＳ９０においてＮＯ）。そして、コイルの結合度が極大に達したものと判定されると（ステップＳ９０においてＹＥＳ）、移動ＥＣＵ２００は、昇降装置３２０を制御することによって送電部１２０をさらに上昇させ、送電部１２０を受電部５００にセットする（ステップＳ１００）。

この場合、上述のように送電部１２０及び受電部５００にはそれぞれテーパ１２２，５０２が設けられており、さらに、送電部１２０と受電部５００との間に通電に伴なう磁気吸引力が作用することにより、送電部１２０と受電部５００とに位置ずれが生じていても、送電部１２０が受電部５００と嵌合するように送電部１２０が誘導される。

送電部１２０が受電部５００にセットされたものと判定されると、送電部１２０のコイルと受電部５００のコイルとの結合度が所定範囲内であるか否かが判定される（ステップＳ１１０）。そして、コイルの結合度が所定範囲内であると判定されると（ステップＳ１１０においてＹＥＳ）、電源ＥＣＵ１６０により電源部１１０が制御され、車両２０の蓄電装置５６０を充電するための給電が開始される（ステップＳ１２０）。なお、ステップＳ１１０において結合度が所定範囲内でないと判定されると（ステップＳ１１０においてＮＯ）、車両２０への給電は開始されない。この場合、何らかの異常が発生している可能性があり（たとえば送電部１２０と受電部５００との間に異物が混入している等）、警報を出力するようにしてもよい。

以上のように、この実施の形態１においては、送電部１２０を搭載した移動式の給電装置２８０が、車両２０の車体下部へ進入して車両２０の受電部５００と対向する位置まで移動する。そして、昇降装置３２０により送電部１２０が上昇して受電部５００と係合すると、受電部５００に対して給電装置２８０の位置にずれが生じていても、送電部１２０の上昇に伴ない送電部１２０が受電部５００との嵌合位置に誘導され、送電部１２０と受電部５００との位置ずれが修正される。したがって、この実施の形態１によれば、簡易な構成で送電部１２０と受電部５００との結合性を高めて高効率の電力伝送を実現することができる。

また、この実施の形態１によれば、送電部１２０及び受電部５００は円形に形成され、テーパ１２２，５０２は円形の中心軸に対して軸対象に形成されるので、受電部５００に対する給電装置２８０の位置ずれに対して、あらゆる方向の位置ずれに対応することができる。

また、この実施の形態１によれば、上記（１）で示される厚みａを有するようにコア１２６，５０６を形成することにより、コア内部での磁束の集中をできる限り回避し、磁束集中による損失の増加を抑制することができる。

［実施の形態２］
この実施の形態２では、上記の実施の形態１の構成において、送電部１２０と受電部５００との係合面に堆積・付着した異物（ゴミ等）を効果的に除去するための構成が追加される。

実施の形態２による車両給電システムの全体構成、及び給電装置２８０の全体構成は、実施の形態１と同じであり、この実施の形態２では、送電部の構成が実施の形態１と異なる。

図９は、実施の形態２における送電部１２０Ａ及び受電部５００の断面図である。図９を参照して、送電部１２０Ａは、図６に示した実施の形態１における送電部１２０の構成において、コア１２６に代えてコア１２６Ａを含む。コア１２６Ａには、受電部５００との係合面の中心部に空気を供給するための通気孔１３２が形成される。そして、送電部１２０Ａと受電部５００とが嵌合する前に、通気孔１３２を通じて送電部１２０Ａと受電部５００との係合面に空気を供給することによって、係合面に堆積・付着した異物を空気圧で除去することができる。

なお、送電部１２０Ａと受電部５００との距離が大きい状態で通気孔１３２により空気を供給しても、供給された空気による空気圧が係合面に効果的に及ばないので、通気孔１３２を通じた空気の供給は、送電部１２０Ａと受電部５００とが接近した状態で行なうのが好ましい。

なお、送電部１２０Ａから受電部５００への給電中においても、通気孔１３２に空気を供給してもよい。給電中は、送電部１２０Ａ及び受電部５００が発熱するので、通気孔１３２から係合面に空気を供給することにより、送電部１２０Ａ及び受電部５００を冷却することができる。なお、冷却空気を係合面に効果的に流すために、係合面の表面に凹凸を設けたり、通気用の溝を設けたりしてもよい。

図１０は、この実施の形態２における給電制御の処理手順を説明するフローチャートである。図１０を参照して、このフローチャートは、ステップＳ６０から示されており、ステップＳ６０よりも前の処理、及びステップＳ６０以降のステップＳ９０までの処理は、図８に示した実施の形態１のフローチャートと同じである。

ステップＳ９０において結合度が極大に達したものと判定されると（ステップＳ９０においてＹＥＳ）、移動ＥＣＵ２００により昇降装置３２０が制御され、送電部１２０がさらに上昇する（ステップＳ９２）。なお、ここでも、送電部１２０と受電部５００とは係合しないが、送電部１２０は、受電部５００と近接した位置まで上昇される。

次いで、給電装置２８０において、送電部１２０Ａの通気孔１３２（図９）に空気が供給される（ステップＳ９４）。さらに、送電部１２０Ａと受電部５００との係合面における異物除去を容易にするために、送電部１２０Ａの機械的な共振周波数で送電部１２０Ａが励磁される（ステップＳ９６）。具体的には、電源ＥＣＵ１６０により電源部１１０が制御され、送電部１２０Ａの機械的な共振周波数を有する交流電力が生成されて送電部１２０Ａへ供給される。これにより、通気孔１３２からの空気流と、送電部１２０Ａの機械的な振動とによって、送電部１２０Ａと受電部５００との係合面における異物が効果的に除去される。

その後、移動ＥＣＵ２００は、昇降装置３２０を制御することによって送電部１２０Ａをさらに上昇させ、送電部１２０Ａを受電部５００にセットする（ステップＳ１００）。そして、送電部１２０Ａが受電部５００にセットされると、電源ＥＣＵ１６０により電源部１１０が制御され、再度、送電部１２０Ａから受電部５００へテスト電力が出力され、送電部１２０Ａのコイルと受電部５００のコイルとの結合状態が測定される（ステップＳ１０５）。次いで、ステップＳ１１０へ処理が移行され、結合度の評価が行なわれる。なお、ステップＳ１１０以降は、図８に示したフローチャートと同じである。

以上のように、この実施の形態２によれば、通気孔１３２からの空気流と、送電部１２０Ａの機械的な振動とによって、送電部１２０Ａと受電部５００との係合面に堆積・付着した異物（ゴミ等）を効果的に除去することができる。

［変形例１］
送電部と受電部との係合面に異物除去用の空気を供給する通気孔は、車両２０の受電部に形成してもよい。

図１１は、変形例１における送電部１２０及び受電部５００Ａの断面図である。図１１を参照して、受電部５００Ａは、図６に示した実施の形態１における受電部５００の構成において、コア５０６に代えてコア５０６Ａを含む。コア５０６Ａには、送電部１２０との係合面の中心部に空気を供給するための通気孔５１２が形成される。

送電部１２０と受電部５００Ａとが嵌合する前に、通気孔５１２を通じて送電部１２０と受電部５００Ａとの係合面に空気を供給することによって、係合面に堆積・付着した異物を空気圧で除去することができる。

［変形例２］
上記の各実施の形態では、送電部１２０（１２０Ａ）及び受電部５００（５００Ａ）において、コイル１２４，５０４の外周側にテーパ１２２，５０２が設けられるものとしたが、送電部と受電部との係合面が円錐状となるようにテーパを形成してもよい。

図１２は、変形例２における送電部１２０Ｂ及び受電部５００Ｂの断面図である。図１２を参照して、送電部１２０Ｂは、図６に示した送電部１２０の構成において、コイル１２４及びコア１２６に代えて、それぞれコイル１２４Ａ及びコア１２６Ｂを含む。受電部５００Ａは、図６に示した受電部５００の構成において、コイル５０４及びコア５０６に代えて、それぞれコイル５０４Ａ及びコア５０６Ｂを含む。

コア１２６Ｂ，５０６Ｂの各係合面は、台車３００（図３）の上方向を凸とする円錐状に形成される。このような構成とすることにより、送電部１２０Ｂと受電部５００Ｂとの係合面に異物（ゴミ等）が堆積するのを効果的に抑制することができる。

なお、この変形例２においても、コア１２６Ｂ，５０６Ｂの形状は、コア内部を流れる磁束の集中による損失増加を抑制可能な形状であることが好ましい。この変形例２では、コア１２６Ｂ，５０６Ｂは、溝１２７，５０７の内周側の第１領域（凸形状の部分）からコア周縁に向けて放射状に広がる第２領域において、中心軸Ｃに近い側の厚みが中心軸Ｃから遠い側の厚みに比べて厚く形成されている。これにより、コア内部での磁束密度を均一化し、磁束集中による損失増加の抑制が図られている。

［変形例３］
この変形例３では、上記の変形例２の構成において、送電部と受電部との係合面に異物除去用の空気を供給する通気孔が送電部側のコアに形成される。

図１３は、変形例３における送電部１２０Ｃ及び受電部５００Ｂの断面図である。図１３を参照して、送電部１２０Ｃは、図１２に示した変形例２における送電部１２０Ｂの構成において、コア１２６Ｂに代えてコア１２６Ｃを含む。コア１２６Ｃには、受電部５００Ｂとの係合面の中心部に空気を供給するための通気孔１３２が形成される。

送電部１２０Ｃと受電部５００Ｂとが嵌合する前に、通気孔１３２を通じて送電部１２０Ｃと受電部５００Ｂとの係合面に空気を供給することによって、係合面に堆積・付着した異物を空気圧で除去することができる。

［変形例４］
変形例２の構成において、送電部と受電部との係合面に異物除去用の空気を供給する通気孔は、車両２０の受電部に形成してもよい。

図１４は、変形例４における送電部１２０Ｂ及び受電部５００Ｃの断面図である。図１４を参照して、受電部５００Ｃは、図１２に示した変形例２における受電部５００Ｂの構成において、コア５０６Ｂに代えてコア５０６Ｃを含む。コア５０６Ｃには、送電部１２０Ｂとの係合面の中心部に空気を供給するための通気孔５１２が形成される。

送電部１２０Ｂと受電部５００Ｃとが嵌合する前に、通気孔５１２を通じて送電部１２０Ｂと受電部５００Ｃとの係合面に空気を供給することによって、係合面に堆積又は付着した異物を空気圧で除去することができる。

なお、上記の変形例１，３，４においても、送電部から受電部への給電中に通気孔１３２，５１２に空気を供給してもよい。給電中は、送電部及び受電部が発熱するので、通気孔１３２，５１２から係合面に空気を供給することにより、送電部及び受電部を冷却することができる。なお、冷却空気を係合面に効果的に流すために、係合面の表面に凹凸を設けたり、通気用の溝を設けたりしてもよい。

なお、上記の各実施の形態及び各変形例においては、送電部１２０，１２０Ａ〜１２０Ｃ及び受電部５００，５００Ａ〜５００Ｃは、円形状に形成されるものとしたが、円形状以外の形状であってもよい。なお、送電部１２０，１２０Ａ〜１２０Ｃ及び受電部５００，５００Ａ〜５００Ｃを円形状とすることによって、受電部５００，５００Ａ〜５００Ｃに対する給電装置２８０の位置ずれに対して、あらゆる方向の位置ずれに対応することができる。

また、上記の各実施の形態及び各変形例においては、送電部及び受電部に形成されるテーパは、送電部側が凸形（或いは山形）に形成され、受電部側が凹形（或いは谷形）に形成されるものとしたが、送電部側が凹形（或いは谷形）となり受電部側が凸形（或いは山形）となるようにテーパを形成してもよい。なお、上記の各実施の形態及び各変形例のようにテーパを形成する方が、送電部上面に異物（ゴミ等）が堆積しにくく、また、係合面のブローや振動により異物を除去しやすい。また、送電部及び受電部の係合面に異物が堆積するのを防止するために、送電部及び受電部の未使用時には、送電部及び受電部の各々に蓋などを設けてもよい。

また、送電部及び受電部のコアの形状は、上記の各実施の形態及び各変形例のものに限定されない。たとえば、コアは、コイルの内部のみに設け、送電部及び受電部に形成されるテーパは、コイル及びコアを覆うモールド樹脂によって形成してもよい。また、送電部及び受電部の各々はコアを備えず、コイルを覆うモールド樹脂によってテーパを形成してもよい。

また、上記の各実施の形態及び各変形例においては、上記（１）で示される厚みａを有するようにコアを形成するものとしたが、コア内部における磁束集中が問題にならなければ、厚みａを一定とし、コイル溝の断面形状を矩形としてもよい。なお、磁束の方向が急に曲がるところでは磁束集中が生じるので、コア断面において、エッジ部の曲率が所定値以上とならないようにするのが好ましい。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ 給電設備、２０ 車両、１００ 電源装置、１１０ 電源部、１２０，１２０Ａ〜１２０Ｃ 送電部、１２２，１２２Ａ，５０２，５０２Ａ テーパ、１２４，１２４Ａ，５０４，５０４Ａ コイル、１２６，１２６Ａ〜１２６Ｃ，５０６，５０６Ａ〜５０６Ｃ コア、１２７，５０７ 溝、１２８，５０８ 配線孔、１３０，５１０ モールド樹脂、１３２，５１２ 通気孔、１４０ 電力ケーブル、１６０ 電源ＥＣＵ、１８０，６４０ 通信装置、２００ 移動ＥＣＵ、２２０ 受光部、２６０ 駆動装置、２８０ 給電装置、３００ 台車、３１０ ケーブルリール、３２０ 昇降装置、４００ 外部電源、５００，５００Ａ〜５００Ｃ 受電部、５２０ 整流部、５４０ 充電リレー、５６０ 蓄電装置、５８０ ＳＭＲ、６００ 動力生成装置、６２０ 車両ＥＣＵ、６６０ 発光部、Ｃ 中心軸。

Claims (8)

1. 停車中の車両に設けられる受電部に近接する位置まで移動して前記受電部へ給電する移動式の給電装置であって、
   前記受電部と係合して前記受電部と磁気的に結合することにより前記受電部へ送電するように構成された送電部と、
   前記送電部を搭載する台車と、
   前記台車上において前記送電部を上昇可能に構成された昇降装置と、
   前記給電装置の移動及び前記昇降装置による前記送電部の昇降を制御する制御装置とを備え、
   前記送電部は、前記受電部との係合面において、前記昇降装置による前記送電部の上昇に伴ない前記送電部を前記受電部との嵌合位置に誘導するように形成されたテーパを有する、給電装置。
2. 前記送電部は、前記台車の上方から前記送電部を平面視した場合に円形に形成され、
   前記テーパは、前記円形の中心軸に対して軸対象に形成される、請求項１に記載の給電装置。
3. 前記送電部の前記受電部との係合面は、前記台車の上方向を凸とする円錐状に形成される、請求項２に記載の給電装置。
4. 前記送電部は、
   前記台車の上方から前記送電部を平面視した場合に円形に形成されるコアと、
   前記コアに埋設され、巻回軸が前記コアの中心軸に一致するように形成されたコイルとを含み、
   前記コアは、
   前記コイルの内周側に形成される第１領域と、
   前記第１領域から周縁に向かって放射状に形成される第２領域とを含み、
   前記第２領域は、前記コアの中心軸から同一距離における磁束通路の総断面積が前記コアの中心軸からの距離に拘わらず前記第１領域の断面積と同等となるように、前記コアの中心軸に近いほど厚く形成される、請求項２又は請求項３に記載の給電装置。
5. 前記送電部に、前記受電部との係合面の中心部に空気を供給するための通気孔が形成される、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の給電装置。
6. 前記送電部へ供給される交流電力を生成する電源部をさらに備え、
   前記制御装置は、前記送電部から前記受電部への送電時には、所定の送電周波数の交流電力を生成するように前記電源部を制御し、前記送電部が前記受電部と係合する前には、前記送電部の機械的な共振周波数に相当する周波数の交流電力を生成するように前記電源部を制御する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の給電装置。
7. 車両に搭載される受電部と、
   前記受電部に近接する位置まで移動して前記受電部へ給電する移動式の給電装置とを備え、
   前記給電装置は、
   前記受電部と係合して前記受電部と磁気的に結合することにより前記受電部へ送電するように構成された送電部と、
   前記送電部を搭載する台車と、
   前記台車上において前記送電部を上昇可能に構成された昇降装置と、
   前記給電装置の移動及び前記昇降装置による前記送電部の昇降を制御する制御装置とを含み、
   前記送電部及び前記受電部は、互いの係合面において、前記昇降装置による前記送電部の上昇に伴ない前記送電部を前記受電部との嵌合位置に誘導するように形成されたテーパを有する、車両給電システム。
8. 前記受電部に、前記送電部との係合面の中心部に空気を供給するための通気孔が形成される、請求項７に記載の車両給電システム。

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