JP2016192892A - 自動車の電気エネルギ貯蔵手段を非接触充電する装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 自動車の電気エネルギ貯蔵手段を非接触充電する装置を提供する。
【解決手段】 本発明は、電力供給システムに接続できる少なくとも１つの１次コイル（３）と、１次コイル（３）が内部に配置された底部ハウジング（４）と、を含む、自動車の電気エネルギ貯蔵手段（２）を非接触充電する装置（１）関し、この装置（１）は、動作中に１次コイル（３）に交流を流すことができ、１次コイルが交番磁界（１０）を発生させることができるように形成され、交番磁界（１０）は、エアギャップによって１次コイル（３）から分離された、車両側の２次コイル（６）に交流電圧を誘導することができ、結果として、時間変化する電流が生じ、この電流は、車両側に設けられた整流器手段を用いて直流に変換されて、整流器手段に接続された電気エネルギ貯蔵手段を充電することができ、少なくとも１つの１次コイル（３）は、外部圧縮力の効果によって、機械的に動くように底部ハウジング（４）に連結される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電力供給システムに接続できる少なくとも１つの１次コイルと、１次コイルが内部に配置された底部ハウジングとを含む、自動車の電気エネルギ貯蔵手段を非接触充電する装置に関する。この装置は、動作中に１次コイルに交流を流すことができ、１次コイルが交番磁界を発生させることができるように形成される。交番磁界は、エアギャップによって１次コイルから分離された、車両側の２次コイルに交流電圧を誘導することができ、結果として、時間変化する電流が生じる。この電流は、車両側に設けられた整流器手段を用いて直流に変換されて、整流器手段に接続された電気エネルギ貯蔵手段を充電することができる。

自動車技術において、代替の駆動装置が、ますます大きな役割を果たしつつある。

先行技術は、駆動装置が、電気機械、または電気機械および内燃機関の組み合わせ（ハイブリッド電気車両として公知）を含む自動車を開示している。そのような自動車は、電気機械に給電するために使用される、電気エネルギ貯蔵用の電気エネルギ貯蔵手段を有する。

電圧レベルが通常２００Ｖ〜４００Ｖの範囲にある電気エネルギ貯蔵手段は、互いに接続された、複数の充電可能な電池または充電可能な電池ブロックを有する。

電気エネルギ貯蔵手段を充電するという課題を解決するための様々な手法が、先行技術から公知である。充電は、自動車の充電接続器、および公共電力供給システムの充電接続器に接続できる充電ケーブルを用いて行われることが多い（プラグイン技術として公知）。公共電力供給システムの充電接続器は、多くの場合、充電ケーブルの従来の充電プラグを挿入できる標準化ソケットである。充電ケーブルは、充電ケーブル用に設けられた充電接続器に挿入されなければならないので、公共電力供給システムの充電操作は、車両使用者による介在を常に必要とし、その結果として、充電ケーブルおよび充電接続器は摩耗を受ける。車両使用者が、うっかりして充電ケーブルを帯同しなかった場合、自動車の電気エネルギ貯蔵手段の充電は不可能である。

自動車の電気エネルギ貯蔵手段用の充電ステーションが、一般人が出入りできる領域に設置された場合、破壊行為によって損傷を受けることが多いという問題もある。

上記の問題を改善するために、電磁誘導を使用して、電気機械に給電することができる自動車のエネルギ貯蔵手段を非接触で充電することは、先行技術からすでに公知である。このためには２つのコイルが必要である。第１のコイル（１次コイル）は底部ハウジングに収容され、公共電力供給システムに接続される。さらに、第２のコイル（２次コイル）が、自動車の床下の領域に配置される。自動車の電気エネルギ貯蔵手段を充電するために、１次コイルおよび２次コイルは、一方を他方の上にして、可能な限り正確に配置され、結果として、ｘ、ｙ、およびｚ方向に互いに揃わなければならない。電気エネルギ貯蔵手段を充電するために、底部側に設けられた１次コイルは交流電流を流される。１次コイルは、交番磁界を発生させ、この交番磁界は、車両側の２次コイルに、時間変化する電流を伴う交流電圧を誘導する。交流を整流して、電気エネルギ貯蔵手段を充電できるようにするために、整流器手段が車両側に設けられる。

１次コイルと２次コイルとの間のｚ方向（鉛直方向）の距離は、持ち上げ装置を使用して変えることができ、この持ち上げ装置は、底部ハウジング内に配置され、例えば、はさみの態様に形成することができる。１次コイルを持ち上げることにより、１次コイルと２次コイルとの間のエアギャップの大きさを決まった方法で変えて、適切に設定することができる。

最新の自動車は、多くの場合、自動車の少なくとも２つの異なる高さレベルを設定できる、高さ調整可能なシャーシを装備している。高さ調整可能なシャーシは、例えば、高さ調整可能なエアサスペンションシステムを含むことができる。（特許文献１）、（特許文献２）、および（特許文献３）に開示されているように、充電プロセスを開始する前に、高さ調整可能なシャーシを下げることで、底部側１次コイルと車両側２次コイルとの間の距離、したがって、エアギャップの大きさを設定することができる。上記の装置を使用して、高さ調整可能なシャーシを有する自動車の電気エネルギ貯蔵手段を非接触充電する場合、エアギャップの設定は、高さ調整可能なシャーシを下げることによってか、または持ち上げ装置を用いて、１次コイルを持ち上げることによってかのいずれか選択した方に従って行うことができる。原理的には、２つの高さ調整（すなわち、高さ調整可能なシャーシを下げることと、持ち上げ装置を用いて１次コイルを持ち上げること）の組み合わせも考えられる。これは、例えば、最低地上高が比較的高い自動車、例えば、オフロード車両などにおいて、高さ調整可能なシャーシを用いて自動車を下げるだけでは、１次コイルと２次コイルとの間のエアギャップを必要な値に設定するのに不十分な場合に必要とされることがある。

原理的に、高さ調整可能なシャーシを用いて、１次コイルと２次コイルとの間のエアギャップが、対応する値に設定できる程度まで自動車を下げることができる場合に、底部ハウジング内の持ち上げ装置を削除することができる。

高さ調整可能なシャーシが、エアサスペンション装置を含む自動車において、自動車が比較的長期にわたって使用された場合に、エアサスペンションがへたって（劣化して）自動車の車体が下がるという問題（以下、単に「エアサスペンション装置のへたり」という）が生じることがある。電気エネルギ貯蔵手段を充電するために、自動車が、１次コイルを有する底部ハウジングの上に配置された場合に、エアサスペンション装置のへたりは、特定の状況下において、自動車が一次コイルに着座する（負荷を掛ける状態となる）ことがあり、結果として、特定の状況下で損傷を受けるおそれがある。

国際公開第２０１４／１１４７６２Ａ２号パンフレット 国際公開第２０１２／０７９６６８Ａ２号パンフレット 米国特許出願公開第２０１２／００２５７６１Ａ１号明細書

本発明の目的は、基本的に、自動車が１次コイルに着座することで生じるおそれがある損傷を防止することができるような方法で、冒頭に述べたタイプの自動車の電気エネルギ貯蔵手段を非接触充電する装置を開発することである。

この目的を達成する方法は、請求項１の特徴部の特徴を有する、冒頭に述べたタイプの装置によって提供される。従属請求項は、本発明の有益な発展形態に関するものである。

自動車の電気エネルギ貯蔵手段を非接触充電する、本発明による装置は、少なくとも１つの１次コイルが、外部圧縮力の効果によって機械的に動くように底部ハウジングに連結されることを特徴とする。本発明は、１次コイルを、固定した態様ではなくて、可動の態様で底部ハウジングに連結するという考えに基づくものである。１次コイルの底部ハウジングへの固定連結を回避することで、特に、例えば、エアサスペンション装置がその使用時間に起因してへたった場合に、損傷が生じるおそれがあるような形で、エアサスペンション装置を有する高さ調整可能なシャーシを備えた自動車が、１次コイルに着座するという問題を防止することが可能になる。エアサスペンション装置のへたりは、本発明による装置の場合、可動の態様で底部ハウジングに連結された１次コイルを押下する効果を有する、上から１次コイルに作用する圧力を生じさせ、そのため、損傷を効果的に防止することができる。

好ましい実施形態では、装置が少なくとも１つの圧縮ばね手段を含むことが企図され、１次コイルは、この圧縮ばね手段を用いて底部ハウジングに連結される。これは、１次コイルを底部ハウジングに頑強な設計で可動連結することを可能にする。

これに関連して、少なくとも１つの圧縮ばね手段が、底部ハウジングの底部部分と１次コイルとの間に延びるのが適切であると分かった。結果として、少なくとも１つの圧縮ばね手段のばね力は、自動車の重量による力を的確に打ち消す。

好ましい実施形態では、少なくとも１つの圧縮ばね手段が、螺旋ばねとして形成されることが企図される。これは、少なくとも１つの圧縮ばね手段が、機械的に、特に、頑強に形成されるのを可能にする。

代替の実施形態では、少なくとも１つの圧縮ばね手段をガス圧縮ばねとして形成することもできる。このようにして、圧縮ばね手段の機械的に頑強な構造が同様に得られる。

好ましい実施形態では、少なくとも１つの圧縮ばね手段の長さは、少なくとも１つの圧縮ばね手段の弛緩状態において、１次コイルが、底部ハウジングの上側ハウジング開口の上に広がるように選択することができる。少なくとも１つの圧縮ばね手段に圧縮力がかかると、圧縮ばね手段に連結された１次コイルは、特に、底部ハウジングの内部に移動することができる。

少なくとも１つの圧縮ばね手段の長さは、圧縮ばね手段に負荷がかかっていない状態時に、少なくとも２つの高さレベルを有する自動車の高さ調整可能なシャーシの低い方の高さレベルにおいて、１次コイルと２次コイルとの間にエアギャップが形成される形で、１次コイルが２次コイルから離れた状態に保たれるように選択することができるのが好ましい。この方策は、高さ調整可能なシャーシを下げることで、１次コイルと２次コイルとの間のエアギャップを確実に調整することができるという効果を引き出す。

特に好ましい発展形態では、装置は、複数のかかる圧縮ばね手段を有することができる。これは、自動車が着座した場合に、１次コイルに作用する圧縮力を複数の圧縮ばね手段の間に分散させることを有利な形で可能にする。

有益な実施形態では、底部ハウジングは、自動車が沈み込んだ場合に、自動車が底部ハウジングの上側に着座するのを防止することができるように選択された全高を有すると規定することができる。この方策は、例えば、自動車の高さ調整可能なシャーシのエアサスペンション装置が、その有効寿命によりへたった場合に、１次コイルは動くが、それでもなお、自動車が、底部ハウジングの上側に着座するのを防止する効果を有する。

添付図を参照した、好ましい例示的な実施形態についての以下の説明から、本発明のさらなる特徴および利点が明らかになるであろう。

電磁誘導により、自動車の電気エネルギ貯蔵手段を非接触充電する物理的原理を示す、きわめて簡略化した概略図を示している。 本発明の好ましい例示的な実施形態に従って構成された、自動車の電気エネルギ貯蔵手段を非接触充電する装置のきわめて簡略化した概略図を示している。

駆動体として、電気機械、または電気機械と内燃機関との組み合わせ（ハイブリッド電気車両として公知）を有する自動車の電気エネルギ貯蔵手段２を非接触充電する基本的な物理的原理を、図１を参照して下記にさらに詳細に説明するものとする。このために据え付けられた、電気エネルギ貯蔵手段２を非接触充電する装置１は、図２に示す底部ハウジング４に配置された１次コイル３を有する。１次コイル３は、底部ハウジング４の上側ハウジング開口を閉鎖する。

自動車は、床下５の領域に、整流器手段７に接続された２次コイル６を有し、２次コイル６および整流器手段７を共通ハウジングで閉じ込めることが可能である。整流器手段７としては、電気エネルギ貯蔵手段２に接続されている。自動車の電気エネルギ貯蔵手段２を充電するために、１次コイル３および２次コイル６は、ｘ、ｙ、およびｚ方向に互いに揃い、一方を他方の上にして、可能な限り正確に配置されなければならない。１次コイル３は、電気エネルギ貯蔵手段２を充電するために、公共電力供給システムに接続されて、交流電流を流される。それにより、１次コイル３は、交番磁界１０を発生させ、交番磁界１０は、車両側の２次コイル６を少なくとも部分的に通り抜けて、２次コイルに交流電圧を誘導する。交流電圧は、時間変化する電流を生じさせる。車両側に設けられた整流器手段７は、交流を整流して、整流器手段７に接続された電気エネルギ貯蔵手段２を充電することができる。

自動車が、エアサスペンション装置を有する高さ調整可能なシャーシを装備している場合に、自動車が比較的長期にわたって使用されると、エアサスペンションがへたるという問題が生じることがある。その結果、自動車は、特定の状況下で、底部側に配置された１次コイル３に着座することがあり、それにより損傷を引き起こす。

この問題を改善するために、電気エネルギ貯蔵手段２を非接触充電する、図２の示す装置１の底部ハウジング４は、全高に関して、エアサスペンション装置がへたった場合に、自動車が、底部ハウジング４の上側４０に着座できないように設計されている。さらに、１次コイル３は、底部ハウジング４に強固に固定されるのではなくて、外部圧縮力の効果によって動くように底部ハウジング４に連結されている。ここに示す例示的な実施形態では、このために、２つの圧縮ばね手段８、９が底部ハウジング４内に配置され、圧縮ばね手段８、９は、底部部分４１と１次コイル３との間に延びている。圧縮ばね手段８、９は、この例示的な実施形態では、螺旋ばねとして形成され、底部ハウジング４の長手方向に、互いから離れて配置されている。圧縮ばね手段８、９は、例えば、ガス圧縮ばねなどの他のタイプのばねで具現化することもできる。

底部ハウジング４は、先行技術よりも全高が短いので、圧縮ばね手段８、９の弛緩状態時に、１次コイル３は、底部ハウジング４の上側ハウジング開口の外に広がる。圧縮ばね手段８、９の長さは、弛緩状態において、１次コイル３が、高さ調整可能なシャーシのエアサスペンション装置を用いて、１次コイル３と２次コイル６との間にエアギャップを形成しながら、自動車の高さレベルを確実に、かつ着座する危険性なく下げることができる高さレベルにあるように選択される。

比較的長い使用時間の後、エアサスペンション装置がへたると、自動車は１次コイル３に着座し、圧縮ばね手段８、９は圧縮される。言い換えると、その結果、１次コイル３は、自動車によって発生した圧力のために動いて、軸方向下方に移動し、それにより、特に、１次コイル３と、車両側に設けられた２次コイル６との損傷を効果的に防止することができる。

１ 装置
２ 電気エネルギ貯蔵手段
３ １次コイル
４ 底部ハウジング
６ ２次コイル
７ 整流器手段
８ 圧縮ばね手段
９ 圧縮ばね手段
１０ 交番磁界
４０ 上側
４１ 底部部分

Claims (9)

1. 自動車の電気エネルギ貯蔵手段（２）を非接触充電する装置（１）であって、
   電力供給システムに接続できる少なくとも１つの１次コイル（３）と、
   前記１次コイル（３）が内部に配置された底部ハウジング（４）と、
   を含み、
   動作中に前記１次コイル（３）に交流を流すことができ、前記１次コイルが交番磁界（１０）を発生させることができるように形成され、前記交番磁界（１０）は、エアギャップによって前記１次コイル（３）から分離された、前記車両側の２次コイル（６）に交流電圧を誘導することができ、結果として、時間変化する電流が生じ、この電流は、前記車両側に設けられた整流器手段（７）を用いて直流に変換されて、前記整流器手段（７）に接続された前記電気エネルギ貯蔵手段（２）を充電することができる、装置（１）において、
   前記少なくとも１つの１次コイル（３）は、外部圧縮力の効果によって、機械的に動くように前記底部ハウジング（４）に連結されることを特徴とする、装置（１）。
2. 少なくとも１つの圧縮ばね手段（８、９）を含み、前記１次コイル（３）は、前記少なくとも１つの圧縮ばね手段（８、９）を用いて、前記底部ハウジング（４）に連結されることを特徴とする、請求項１に記載の装置（１）。
3. 前記少なくとも１つの圧縮ばね手段（８、９）は、前記底部ハウジング（４）の底部部分（４１）と前記１次コイル（３）との間に延びることを特徴とする、請求項２に記載の装置（１）。
4. 前記少なくとも１つの圧縮ばね手段（８、９）は、螺旋ばねとして形成されることを特徴とする、請求項２または３に記載の装置（１）。
5. 前記少なくとも１つの圧縮ばね手段（８、９）は、ガス圧縮ばねとして形成されることを特徴とする、請求項２または３に記載の装置（１）。
6. 前記少なくとも１つの圧縮ばね手段（８、９）の長さは、前記少なくとも１つの圧縮ばね手段（８、９）の弛緩状態において、前記１次コイル（３）が、前記底部ハウジング（４）の上側ハウジング開口の上に広がるように選択されることを特徴とする、請求項２〜５のいずれか一項に記載の装置（１）。
7. 前記圧縮ばね手段（８、９）の長さは、前記圧縮ばね手段（８、９）に負荷がかかっていない状態時に、少なくとも２つの高さレベルを有する、前記自動車の高さ調整可能なシャーシの低い方の高さレベルにおいて、前記１次コイル（３）と前記２次コイル（６）との間にエアギャップが形成される形で、前記１次コイル（３）が前記２次コイル（６）から離れた状態に保たれるように選択されることを特徴とする、請求項２〜６のいずれか一項に記載の装置（１）。
8. 複数のかかる圧縮ばね手段（８、９）を有することを特徴とする、請求項２〜７のいずれか一項に記載の装置（１）。
9. 前記底部ハウジング（４）は、前記自動車が沈み込んだ場合に、前記自動車が、前記底部ハウジング（４）の上側（４０）に着座するのを防止することができるように選択された全高を有することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置（１）。

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