JP2018064441A - 非接触給電システム及び送電装置、並びに、送電装置の設計方法及び設置方法 - Google Patents

Abstract

【課題】人体曝露基準を満たし、かつ、輸送機器の底面への物理的な接触が起こらない非接触給電システムを提供すること。【解決手段】非接触給電システムは、輸送機器に搭載された受電部と、平面に配設され、受電部に対して非接触で電力を送電する送電部と、平面から鉛直方向に突出し、送電部を収容する筐体とを備える。筐体の鉛直方向の高さは、輸送機器の底面と筐体の上面とによって形成される隙間の少なくとも一部の鉛直方向の高さが１５ｃｍ未満かつ５ｃｍ以上であるとの条件を満たす長さである。【選択図】図２

Description

本発明は、非接触電力伝送技術を利用する非接触給電システム及び送電装置、並びに、送電装置の設計方法及び設置方法に関する。

特許文献１には、車両への電力供給を非接触で行うシステムにおいて、給電部と受電部との間の空間内に異物が侵入することなく、給電を安全且つ効率よく実施可能な電力供給システムが記載されている。このシステムでは、給電部と受電部との間の空間内への異物の侵入を防止するために、絶縁性の隔離材を設ける。隔離材は、駐車スペースに埋設されるか、車両内部に収納されており、給電時に、可動部を介して空間内に突出される。また、隔離材は、受電部と給電部とが対向配置されたときに、それぞれの投影面がなす空間を包囲できるように、絶縁体からなる４枚の隔離材を使って、上下を開口した矩形の枠状（換言すれば筒状）に形成されている。さらに、隔離材の上下方向の長さ（換言すれば隔離材の中心軸方向の高さ）は、給電部が設けられる駐車スペースの路面と車両の底面とがなす間隔より僅かに小さい所定寸法となるように形成されている。
に形成されている。

特許第５６０６０９８号公報

上述した特許文献１の電力供給システムによれば、給電部と受電部との間の空間内への異物の侵入を隔離材によって防止できる。しかし、車両への乗員の乗車や貨物の積載量によって、車両の地上高は変動するため、隔離材の上部が車両の底面と接触する可能性がある。こういった接触を避けるために隔離材の高さを低くすると、異物が侵入する可能性が上がるため望ましくない。特に、車両への非接触給電では、給電部と受電部との間に発生する磁界が基準値を超える場合には人体の磁界曝露の予防措置を取る規定が、例えば米自動車技術会の標準規格「SAE J2954 v.39 draft」にある。このため、当該規定に沿った磁界の人体曝露基準を満たし、かつ、車両の底面への物理的な接触がないシステムが望まれていた。

本発明の目的は、人体曝露基準を満たし、かつ、輸送機器の底面への物理的な接触が起こらない非接触給電システム及び送電装置、並びに、送電装置の設計方法及び設置方法を提供することである。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、
輸送機器（例えば、後述の実施形態での電動車両１１）に搭載された受電部（例えば、後述の実施形態での受電装置１０）と、
平面に配設され、前記受電部に対して非接触で電力を送電する送電部（例えば、後述の実施形態での１次コイル１０１）と、
前記平面から鉛直方向に突出し、前記送電部を収容する筐体（例えば、後述の実施形態での筐体１０３）と、を備え、
前記筐体の鉛直方向の高さは、前記輸送機器の底面と前記筐体の上面とによって形成される隙間の少なくとも一部の鉛直方向の高さが１５ｃｍ未満かつ５ｃｍ以上であるとの条件を満たす長さである、非接触給電システムである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記筐体の鉛直方向の高さは、前記送電部が配設された駐車位置に駐車された前記輸送機器の前後方向における、前記筐体の前方及び後方の少なくとも一方での前記隙間が前記条件を満たす長さである。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記筐体の鉛直方向の高さは、前記送電部が配設された駐車位置に駐車された前記輸送機器の前後方向における、前記筐体の前方及び後方での前記隙間が前記条件を満たす長さである。

請求項４に記載の発明は、
平面に配設され、輸送機器（例えば、後述の実施形態での電動車両１１）に搭載された受電部（例えば、後述の実施形態での受電装置１０）に対して非接触で電力を送電する送電部（例えば、後述の実施形態での１次コイル１０１）と、
前記平面から鉛直方向に突出し、前記送電部を収容する筐体（例えば、後述の実施形態での筐体１０３）と、を備え、
前記筐体の鉛直方向の高さは、前記輸送機器の底面と前記筐体の上面とによって形成される隙間の少なくとも一部の鉛直方向の高さが１５ｃｍ未満かつ５ｃｍ以上であるとの条件を満たす長さである、送電装置である。

請求項５に記載の発明は、
人体の頭長の平均値を決定する第１ステップと、
受電部（例えば、後述の実施形態での受電装置１０）を搭載した輸送機器（例えば、後述の実施形態での電動車両１１）において、乗員の乗車と貨物の積載の少なくとも一方に基づく、鉛直方向における前記輸送機器の沈み量の最大値を決定する第２ステップと、
平面に配設され、かつ、前記受電部に対して非接触で電力を送電する送電部（例えば、後述の実施形態での１次コイル１０１）を収納し、前記平面から鉛直方向に突出する筐体（例えば、後述の実施形態での筐体１０３）のサイズを決定する第３ステップと、を有し、
前記第３ステップでは、前記輸送機器の底面と前記筐体の上面とによって形成される隙間の少なくとも一部の鉛直方向の高さが１５ｃｍ未満かつ５ｃｍ以上であるとの条件を満たすよう、前記筐体の鉛直方向の高さを決定し、
前記条件は、第１ステップで決定した前記平均値及び前記第２ステップで決定した前記最大値に基づき決定した長さである、送電装置の設計方法である。

請求項６に記載の発明は、
輸送機器（例えば、後述の実施形態での電動車両１１）に搭載された受電部（例えば、後述の実施形態での受電装置１０）に対して非接触で電力を送電する送電部（例えば、後述の実施形態での１次コイル１０１）を平面に配設し、
前記送電部を収容する筐体（例えば、後述の実施形態での筐体１０３）を、前記輸送機器の底面と前記筐体の上面とによって形成される隙間の少なくとも一部の鉛直方向の高さが１５ｃｍ未満かつ５ｃｍ以上であるとの条件を満たすよう、前記平面から鉛直方向に突出した状態に配設する、送電装置の設置方法であって、
前記条件は、
人体の頭長の平均値と、
前記輸送機器への乗員の乗車と貨物の積載の少なくとも一方に基づく、鉛直方向における前記輸送機器の沈み量の最大値と、
の双方に基づいて決定された、送電装置の設置方法である。

請求項１及び請求項４〜６の発明では、輸送機器の底面と筐体の上面とによって形成される隙間の少なくとも一部の鉛直方向の高さが１５ｃｍ未満かつ５ｃｍ以上であるよう、筐体の鉛直方向の高さが形成されている。上記隙間の高さが１５ｃｍ未満であるとの条件は、幼児及び大人を含む各年齢層の中で最も小さな値を示す幼児の頭長の平均値が１５ｃｍであることに由来する。また、上記隙間の高さが５ｃｍ以上であるとの条件は、輸送機器への乗員の乗車と貨物の積載に基づく輸送機器の鉛直方向における沈み量の最大値が５ｃｍであることに由来する。このため、請求項１の発明によれば、上記隙間の高さが幼児の頭長の平均値（１５ｃｍ）未満であるため、人の頭部の侵入を防止できる。また、上記隙間の高さが輸送機器の沈み量の最大値（５ｃｍ）以上であるため、輸送機器への乗員の乗車時に輸送機器の地上高が低くなっても、筐体の上部は輸送機器の底面に接触しない。このように、本発明の非接触給電システム及び送電装置、並びに、送電装置の設計方法及び設置方法は、標準規格等に規定される人体曝露基準を満たし、かつ、輸送機器の底面への物理的な接触が起こらない。

請求項２及び請求項３の発明によれば、輸送機器の幅方向に離れて設けられた２つの車輪の間に筐体が位置する状態において、輸送機器の底面と筐体の上面とによって形成される隙間への前記幅方向からの頭部の侵入は２つの車輪によって遮られ、かつ、上記隙間への輸送機器の前後方向からの頭部の侵入も、筐体の前方及び後方の少なくとも一方での上記隙間の高さが幼児の頭長の平均値未満であるために防止できる。

送電装置が配設された駐車位置に電動車両を駐車する途中の状態を示す上面図である。 一実施形態の送電装置が配設された駐車位置に電動車両が駐車された状態を示す側面図である。 幼児及び大人を含む各年齢層の頭長の平均値を示す図である。 多くの貨物を積載した電動車両に乗員が乗車して地上高が低くなった電動車両と送電装置との位置関係を示す図である。 他の実施形態の送電装置が配設された駐車位置に電動車両が駐車された状態を示す側面図である。 他の実施形態の送電装置が配設された駐車位置に電動車両が駐車された状態を示す正面図である。 他の実施形態の送電装置を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとし、以下の説明において、前後、左右、上下は、運転者から見た方向に従い、図面に車両の前方をＦｒ、後方をＲｒ、左側をＬ、右側をＲ、上方をＵ、下方をＤ、として示す。

図１は、送電装置が配設された駐車位置に電動車両を駐車する途中の状態を示す上面図である。図２は、送電装置が配設された駐車位置に電動車両が駐車された状態を示す側面図である。図１及び図２に示すように、非接触で交流電力を受電する受電装置１０を有する電動車両１１の駐車位置に配設された送電装置１００は、駐車設備を構成する路面等に配設され、商用電源等の外部の電力系統に接続されている。電動車両１１の運転者は、図１に示すように、電動車両１１が送電装置１００に向けて後進又は前進するよう運転して、電動車両１１の受電装置１０が送電装置１００と対向する位置で停車する。

図２に示すように、送電装置１００は、１次コイル１０１及び筐体１０３を有し、電動車両１１の受電装置１０は２次コイル１２を有する。このため、各コイルの巻回面が対向して互いに近接した状態で、外部の電力系統から得られた交流電力によって送電装置１００の１次コイル１０１が通電すると、電磁誘導の作用によって受電装置１０に誘導起電力が発生し２次コイル１２に誘導電流が流れる。この誘導電流によって、電動車両１１のバッテリは整流器を介して充電（非接触充電）される。

送電装置１００は駐車設備を有する路面等に配設されるため、外部からの応力や雨風、塵埃等による影響を受けやすい。このため、送電装置１００が有する１次コイル１０１は、送電装置１００の設置面５１から鉛直方向に突出して設けられた筐体１０３の内部に収容される。筐体１０３の内側空間内に設けられた１次コイル１０１は、その巻回面が送電装置１００の設置面５１と平行となるよう設けられている。外部の電力系統から得られた交流電力によって１次コイル１０１に交流電流が流れると磁界が発生し、特に、送電装置１００に対向した状態の受電装置１０の２次コイル１２と１次コイル１０１との間の空間は強磁場となる。

本実施形態では、強磁場となる空間に人体の特に頭部が侵入できないように、送電装置１００に受電装置１０が対向した状態では、電動車両１１の底面１５と筐体１０３の上面とによって形成される隙間の鉛直方向の高さｇが１５ｃｍ未満となるよう、筐体１０３の鉛直方向の高さｈｃが設計される。隙間の高さｇが１５ｃｍ未満との数値の設定は、図３に示すように、幼児及び大人を含む各年齢層の中で最も小さな値を示す３歳児（幼児）の頭長ｈｌの平均値が１５ｃｍであることに由来する。なお、頭長ｈｌとは、眉間点から後頭点までの距離である。また、眉間点とは、耳眼面を水平にした状態で、鼻根の上方、左右の眉弓の間の部分で、正中線上で最も前方に突出している点である。後頭点とは、正中矢状面内で、眉間点から最も遠い後頭部の点である。

また、本実施形態では、多くの貨物を積載した電動車両１１に乗員が乗車して電動車両１１の地上高が低くなっても、送電装置１００の筐体１０３の上部が電動車両１１の底面１５に接触しないように、上記隙間の鉛直方向の高さｇが５ｃｍ以上となるよう、筐体１０３の鉛直方向の高さｈｃが設計される。隙間の高さｇが５ｃｍ以上との数値の設定は、図４に示すように、電動車両１１への乗員の乗車と貨物の積載に基づく電動車両１１の鉛直方向における沈み量ｌｓの最大値が５ｃｍであることに由来する。

したがって、本実施形態では、上記隙間の鉛直方向の高さｇが１５ｃｍ未満かつ５ｃｍ以上となるよう、筐体１０３の鉛直方向の高さｈｃが設計される。こうして設計された筐体１０３を有する送電装置１００によれば、上記隙間の高さが幼児の頭長の平均値（１５ｃｍ）未満であるため、人の頭部の侵入を防止でき、また、上記隙間の高さが電動車両１１の沈み量の最大値（５ｃｍ）以上であるため、電動車両１１への乗員の乗車時に電動車両１１の地上高が低くなっても、筐体１０３の上部は電動車両１１の底面１５に接触しない。したがって、米自動車技術会の標準規格「SAE J2954 v.39 draft」等に規定される人体曝露基準を満たし、かつ、輸送機器の底面への物理的な接触が起こらない非接触給電システム及び送電装置１００、並びに、送電装置１００の設計方法及び設置方法を提供できる。

なお、筐体１０３の水平方向における全箇所で、上記隙間の高さｇが１５ｃｍ未満かつ５ｃｍ以上となる高さｈｃを有するとは限らない。すなわち、上記説明した人の頭部の侵入を防止でき、かつ、電動車両１１の地上高が低くなっても、筐体１０３の上部が電動車両１１の底面１５に接触しなければ、筐体１０３の上面は同じ高さでなくても良い。例えば、図５及び図６に示すように、電動車両１１が駐車位置に駐車された状態で、受電装置１０と対向する送電装置１００が電動車両１１の２つの前輪１７，１７の間に位置する場合には、筐体１０３の前方及び後方での上記隙間の高さｇが１５ｃｍ未満かつ５ｃｍ以上であれば良く、筐体１０３の前後方向における中央部での上記隙間の高さは１５ｃｍ以上であっても良い。すなわち、図７に示すように、送電装置１００の筐体１０３の上面は、前後方向における中央部が谷状に凹んだ形状であっても良い。

こういった筐体１０３の前後方向における中央部が凹んだ形状であっても、電動車両１１の２つの前輪１７，１７の間に送電装置１００が位置するため、電動車両１１の底面１５と筐体１０３の上面とによって形成される隙間への左右方向からの頭部の侵入は２つの前輪１７，１７によって遮られ、かつ、上記隙間への電動車両１１の前後方向からの頭部の侵入も、筐体１０３の前方及び後方での上記隙間の高さｇが幼児の頭長の平均値（１５ｃｍ）未満であるために防止できる。さらに、筐体１０３の水平方向における全箇所で上記隙間の高さｇが電動車両１１の沈み量の最大値（５ｃｍ）以上であるため、電動車両１１への乗員の乗車時に電動車両１１の地上高が低くなっても、筐体１０３の上部は電動車両１１の底面１５に接触しない。なお、図５には、電動車両１１の２つの前輪１７，１７の間に受電装置１０が配設された例を示したが、２つの後輪の間に受電装置１０を搭載した電動車両１１が駐車位置に駐車された状態で、受電装置１０と対向する位置に送電装置１００が設けられた場合にも、図５〜図７に示した上記形態を適用できる。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。

１０ 受電装置
１１ 電動車両
１２ ２次コイル
１５ 電動車両の底面
１７ 前輪
５１ 送電装置の設置面
１００ 送電装置
１０１ １次コイル
１０３ 筐体
ｇ 隙間の高さ
ｈｌ 頭長
ｈｃ 筐体の高さ

Claims (6)

1. 輸送機器に搭載された受電部と、
   平面に配設され、前記受電部に対して非接触で電力を送電する送電部と、
   前記平面から鉛直方向に突出し、前記送電部を収容する筐体と、を備え、
   前記筐体の鉛直方向の高さは、前記輸送機器の底面と前記筐体の上面とによって形成される隙間の少なくとも一部の鉛直方向の高さが１５ｃｍ未満かつ５ｃｍ以上であるとの条件を満たす長さである、非接触給電システム。
2. 請求項１に記載の非接触給電システムであって、
   前記筐体の鉛直方向の高さは、前記送電部が配設された駐車位置に駐車された前記輸送機器の前後方向における、前記筐体の前方及び後方の少なくとも一方での前記隙間が前記条件を満たす長さである、非接触給電システム。
3. 請求項１に記載の非接触給電システムであって、
   前記筐体の鉛直方向の高さは、前記送電部が配設された駐車位置に駐車された前記輸送機器の前後方向における、前記筐体の前方及び後方での前記隙間が前記条件を満たす長さである、非接触給電システム。
4. 平面に配設され、輸送機器に搭載された受電部に対して非接触で電力を送電する送電部と、
   前記平面から鉛直方向に突出し、前記送電部を収容する筐体と、を備え、
   前記筐体の鉛直方向の高さは、前記輸送機器の底面と前記筐体の上面とによって形成される隙間の少なくとも一部の鉛直方向の高さが１５ｃｍ未満かつ５ｃｍ以上であるとの条件を満たす長さである、送電装置。
5. 人体の頭長の平均値を決定する第１ステップと、
   受電部を搭載した輸送機器において、乗員の乗車と貨物の積載の少なくとも一方に基づく、鉛直方向における前記輸送機器の沈み量の最大値を決定する第２ステップと、
   平面に配設され、かつ、前記受電部に対して非接触で電力を送電する送電部を収納し、前記平面から鉛直方向に突出する筐体のサイズを決定する第３ステップと、を有し、
   前記第３ステップでは、前記輸送機器の底面と前記筐体の上面とによって形成される隙間の少なくとも一部の鉛直方向の高さが１５ｃｍ未満かつ５ｃｍ以上であるとの条件を満たすよう、前記筐体の鉛直方向の高さを決定し、
   前記条件は、第１ステップで決定した前記平均値及び前記第２ステップで決定した前記最大値に基づき決定した長さである、送電装置の設計方法。
6. 輸送機器に搭載された受電部に対して非接触で電力を送電する送電部を平面に配設し、
   前記送電部を収容する筐体を、前記輸送機器の底面と前記筐体の上面とによって形成される隙間の少なくとも一部の鉛直方向の高さが１５ｃｍ未満かつ５ｃｍ以上であるとの条件を満たすよう、前記平面から鉛直方向に突出した状態に配設する、送電装置の設置方法であって、
   前記条件は、
   人体の頭長の平均値と、
   前記輸送機器への乗員の乗車と貨物の積載の少なくとも一方に基づく、鉛直方向における前記輸送機器の沈み量の最大値と、
   の双方に基づいて決定された、送電装置の設置方法。

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