JP2018534896A - 誘導的なエネルギー伝送方法、及び、誘導的なエネルギー伝送装置を駆動する装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、送信コイルから、当該送信コイルから間隔が空いた受信コイルへの誘導的なエネルギー伝送のための方法に関する。受信コイルは、地面で停止し又は地面を走行する車両の内部に配置されており、車両は少なくとも１つのセンサを有する。第１の処理工程（Ａ）において、送信コイルと受信コイルとの間、及び／又は、地面と受信コイルとの間の間隔が定められ、第２の処理工程（Ｂ）において、間隔から、送信コイルと受信コイルとの間、及び／又は、地面と受信コイルとの間の最小可能間隙が計算され、第３の処理工程（Ｃ）において、受信コイルが、間隔が最小可能間隙に対応するように位置決めされる。【選択図】図５

Description

本発明は、送信コイルから、当該送信コイルから間隔が空いた受信コイルへの誘導的なエネルギー伝送のための方法、及び、誘導的なエネルギー伝送装置を駆動する装置に関する。

電気自動車及びハイブリッド自動車は、通常では、電気エネルギー貯蔵器を有しており、例えば、駆動のための電気エネルギーを提供する主電池を有している。この電気エネルギー貯蔵器が完全に又は部分的に放電した場合には、電気自動車は、エネルギー貯蔵器を再充電できる充電ステーションを目指さなければならない。これについて従来では、そのような充電ステーションでは電気自動車をケーブル接続によって充電ステーションに接続するのが常である。不都合なことに、上記接続はユーザが通常では手動で形成しなければならない。さらにその際には、充電ステーションと電気自動車とが、互いに対応する接続システムを有していことも必要である。

さらに、電気自動車用の非接触式充電システムも時折開示されている。電気自動車の誘導的な充電では、地中又は地面に１つ以上のコイル（送信コイル）が埋め込まれている。さらに、電気自動車の内部にも同様に、１つ以上のコイル（受信コイル）が配置されている。電気自動車が送信コイルの上方でスイッチが切られると、送信コイルは、交番磁界を発する。この交番磁界は、車両内の受信コイルによって受信されて、電気エネルギーに変換される。この後に上記電気エネルギーを用いて、非接触式のエネルギー伝送によって、車両の主電池を充電することが可能である。電気自動車の電池を非接触式に充電する際には、充電ステーションの送信コイルと、車両内の受信コイルと、の間に間隙が存在する。自動車の必要な最低地上高のために、上記間隙は数センチメートルある。車両に固定されたコイルを下げること、車両全体を下げること、若しくは、固定されたコイルを上げること等の措置によって、又は上記措置を組み合わせによって理想的に小さな間隙が実現されない場合には、間隙は非常に広く開いている。誘導的なエネルギー伝送の効率は、特に、地面に埋め込まれたコイルと、車両底部に組み込まれたコイルと、の間の間隙（間隔）に依存する。間隙が小さいほど、達成される効率が高くなる。さらに、電気自動車のエネルギー貯蔵器は回収のためにも利用される。このためには、場合によっては、ケーブル接続又は誘導的な電力伝送も利用されうる。独国特許出願公開第１０２０１１０１００４９号明細書には、車両電池の充電用のそのようなシステムが開示されており、本システムでは、エネルギーが誘導的に伝送される。従来技術の欠点は、誘導的な充電が走行中には行われず、即ち充電が静的に行われることである。走行中に誘導的な充電が行われない代わりに、車両は、スイッチを切った状態にある必要がある。

従って、動的な充電方法として停止中及び／又は走行中にも車両の充電を確実に可能にする誘導的なエネルギー伝送装置に対する必要性が生じる。

請求項１の特徴を備えた本発明に係る方法には、停止中にも走行中にも車両を充電できるという利点がある。追加的に、この形態による動的な充電によって、電気で駆動する車両の航続距離を延ばすことが可能である。

このために本発明に基づいて、送信コイルから、当該送信コイルから間隔が空いた受信コイルへの誘導的なエネルギー伝送のための方法であって、受信コイルが地面で停止し又は地面を走行する車両に配置される、上記方法が、３つの工程により進行することが構想される。第１の処理工程では、送信コイルと受信コイルとの間、及び／又は、地面と受信コイルとの間の間隔が定められ、第２の処理工程では、間隔から、送信コイルと受信コイルとの間、及び／又は、地面と受信コイルとの間の最小可能間隙が計算され、第３の処理工程では、受信コイルが、間隔が最小可能間隙に対応するように位置決めされる。本方法の利点は、充電過程の間に間隙を可能な限り小さく保ち、これにより効率を可能な限り高く保つことが出来ることである。さらに有利に、調整された間隙によって、動的な充電の間の効率を改善し、これにより最大可能電力を伝送することが可能である。

従属請求項に挙げた措置によって、独立請求項に示される方法の有利な発展形態が可能である。

有利に、車両は少なくとも１つのセンサを有し、上記間隔がセンサを用いて定められる。上記センサは、有利に走行中のコイル間の間隙の監視を可能とし、これにより、最小間隙の調整が可能となる。

最新の車両には車間レーダが組み込まれているため、センサとしてレーダセンサが利用されることは有利である。

さらに、間隔が、車両内に配置され能動的に調整される緩衝系を用いて定められることは有利である。その際に、緩衝移動量（Ｄａｅｍｐｆｕｎｇｓｗｅｇ）を介して車道状態が推定され、対応して送信コイルと受信コイルとの間の間隙が考慮されうる。

有利に、受信コイルの位置決めは、車両内に配置された調整アクチュエータを介して行われる。調整システムでは地面までの車両コイルの現在の間隔が常に分かるため、走行中にコイルが地面に付くことが排除される。

調整アクチュエータシステムが故障した際には、受信コイルは、有利に、更なる別の処理工程Ｄにおいて定位置へと引き上げられる。従って、アクチュエータを備える調整アクチュエータシステムは、アクチュエータが故障した場合にも安全面の理由からコイルが定位置へと引き上げられることを保証する。このようにして、車両にとってもインフラにとっても損害が回避される。

定位置への受信コイルの引き上げは、有利にバネによって行われる。即ち、コイルを引き上げるために、停電によって動作不能になりうる電子機器が必要ではない。

受信コイルの位置決めは、有利に、車両内に配置され能動的に調整される緩衝系を介して実現される。このことは、車両コイルを車両に固定的に組み込むことが可能であるため有利である。

さらに、受信コイルの位置決めは、有利に、車両の走行速度と関連付けられる。調整システムでは車両コイルと地面との現在の間隔が常に分かっている必要がある。調整によって、走行中にコイルが地面に付くことが排除される。その際に、介入距離は、有利にセンサの視野とコイルとの距離に相当する。上記距離を進む間に、下げられていたコイル（受信コイル）を、危険領域から引き上げる必要がある。従って、コイルを下げることは、有利に走行速度に依存するが、引き上げるためのアクチュエータの応答時間にも依存する。

有利に、送信コイルは、地中又は地面に配置されている。地中に送信コイルを配置することには、送信コイルが車道に存在する障害物と見做されないという利点がある。これに対して、地面の上に送信コイルを配置することには、修理のために送信コイルに簡単に手が届くという利点がある。

本発明の実施形態の更なる別の特徴及び利点は、添付の図面に関する以下の明細書の記載から明らかとなろう。

本発明の一実施形態に係る誘導的なエネルギー伝送装置を駆動する方法に関する様々な工程の概略図を示す。 本発明の一実施形態に係る誘導的なエネルギー伝送装置を備えた車両の断面の概略図を示す。 本発明の一実施形態に係る誘導的なエネルギー伝送装置を備えた車両の断面の更なる別の概略図を示す。 本発明の一実施形態に係る誘導的なエネルギー伝送装置を備えた車両の断面の更なる別の概略図を示す。 誘導的なエネルギー伝送装置を備えた車両の断面と、受信コイルを上げ及び下げるための調整アクチュエータシステムと、の概略図を示す。

図面に示された図は、分かり易さの理由から必ずしも縮尺通りには描かれていない。一般に、同じ符号は、同種の構成要素又は同じように作用する構成要素を表す。

図１は、例えば、車両内、電気自動車内、又はハイブリッド自動車内の主電池を充電するために使用可能な誘導的なエネルギー伝送装置２１を駆動する方法の概略図を示している。車両／電気自動車１２は、停止状態又は走行状態にある。第１の処理工程Ａにおいて、送信コイル１０と受信コイル１１との間、及び／又は、地面１４と受信コイル１１との間の間隔が定められる。第２の処理工程Ｂにおいて、間隔１５から、送信コイル１０と受信コイル１１との間、及び／又は、地面１４と受信コイル１１との間の最小可能間隙１６が計算される。さらに、工程Ｃにおいて、受信コイル１１が、間隔１５が最小可能間隙１６に対応するように位置決めされる。本方法によって、走行中にも誘導的な充電を行うことが可能であり、これにより、電気で駆動する車両の航続距離が著しく延びる。車両１２内のセンサによって、走行中に、送信コイル１０と受信コイル１１との間の最大可能間隙１６が監視され、必要な場合には調整アクチュエータシステム１７によって調整される。これにより、間隙１６が充電過程の間可能な限り小さく保たれ、効率が可能な限り高く保たれ又は最大化される。受信コイルと地面１４又は車道１４との接触が、このようにして確実に回避される。

図２は、誘導的なエネルギー伝送装置２１を備えた車両１２の断面の概略図を示している。誘導的なエネルギー伝送装置２１は、電気自動車である車両１２の内部に存在する。車両１２は、車道又は駐車場である地面１４に停止し又は当該地面１４を走行する。車両１２の内部には、受信コイル１１が配置されており、この受信コイル１１は、好適に車両１２の車体下面に設置されている。車両１２の下方には、少なくとも１つの送信コイル１０が存在する。この送信コイル１０は、地中１４に埋め込まれ又は地面１４の上に存在する。車両１２は、調整アクチュエータシステム１７を有し、及び／又は、能動的に調整される緩衝系１８を有し、この緩衝系１８によって、受信コイル１１又は車両１２を下げ又は上げることが可能であり、これにより、送信コイル１０と受信コイル１１との間の間隔１５を調整することが可能である。さらに、車両１２は、間隔センサ１３を有する。この間隔センサ１３によって、送信コイル１０と受信コイル１１との間の間隔１５を定めることが可能である。好適に、間隔センサ１３は、レーダセンサである。車両１２が走行状態にある場合には、地面又は地中１４に存在する送信コイル１０の上方で、受信コイル１１の位置変更が常時行われる。動的な充電における効率を最適化するために、送信コイル１０と受信コイル１１との間の間隔１５が永続的に再調整される。対応して、充電駆動時には、車道が走行中に以下のように監視され、即ち、受信コイル１１と各障害物２３又は各凸凹２３との間の起こりうる衝突を回避するために、下げられていた受信コイル１１が凸凹２３又は障害物２３がある際には適時に引き上げられるように、車道が監視される。これに関して、間隔センサ１３が利用される。車両１２が、能動的に調整される緩衝系１８及び対応する間隔センサ１３を有する場合には、緩衝移動量を介して車道状態を推定し、コイル間の間隙１６を対応して考慮して、調整することが可能である。これにより、走行中に、受信コイル１１が地中／地面１４に付くことが排除される。その際に、介入距離２２は、少なくとも１つのセンサ１３の視野と受信コイル１１との間の距離に相当する。上記介入距離を進む間に、下げられていた受信コイル１１が危険領域から引き上げられる必要がある。従って、受信コイル１１を下げることは、走行速度、さらに、調整アクチュエータシステム１７の応答時間（ｔ１）及び／又は能動的に調整される緩衝系１８の応答時間（ｔ２）にも依存する。
調整アクチュエータシステム１７は、充電駆動の間に受信コイル／車両コイル１１を車道１４の方向に下げるアクチュエータを備える。（例えばアクチュエータの故障の際など）安全面の理由から、定位置へと受信コイルが引き上げられる。このことは、例えばバネによって行われる。車両１２が、能動的に調整されるシャシ（能動的に調整される緩衝系）１８を有する場合には、受信コイルを下げることは、シャシによっても可能である。この場合には、車両コイル／受信コイル１１は、車両内に固定的に組み込まれうる。
車両コイル／受信コイル１１を下げることは、当然のことながら停止時の充電の間にも、効率を上げるために利用することが可能である。これにより、充電過程の間に生き物又は金属製の物体がコイル間（送信コイルと受信コイルとの間）の間隙に入ることが防止されうる。これにより、異物検出部がもう充電中には必要とならないであろう。

図３は、図２に記載した誘導的なエネルギー伝送装置２１を駆動する方法の続きを概略的に示している。図２に関して同一の要素には、同一の符号が付されており、詳細には記載されない。本実施例では、車両１２は走行状態にある。ここでは、地中に／車道１４の内部に送信コイル１０が配置されており、この送信コイル１０の上方を、車両１２が走行中に移動する。送信コイル１０と少なくとも１つの受信コイル１１との間の間隙１６は、少なくとも１つのセンサ１３が送信コイル１０と受信コイル１１との間、及び／又は、地面１４と受信コイル１１との間の間隔を測定し当該間隔から最小可能間隙１６を計算することで、走行中に永続的に監視される。コイル１１は、走行速度、及び、アクチュエータの応答時間（ｔ１）に従って下げられる。

図４は、図２及び図３に記載した方法の続きとして、誘導的なエネルギー伝送装置を備えた車両の断面の更なる別の概略図を示している。図２及び図３に関して同一の要素には、同一の符号が付されており、詳細には記載されない。本実施例では、送信コイル１０が地面１４又は車道１４の上に配置されている。

図５は、本発明の更なる別の実施例として、誘導的なエネルギー伝送装置２１を備えた車両１２の断面、及び、受信コイル１１を上げ又は下げるための調整アクチュエータシステム１７を示している。調整アクチュエータシステム１７は、受信コイル１１を上げること又は下げることが可能なアクチュエータを備えており、これにより、送信コイル１０と受信コイル１１との間の間隙が調整される。（例えば調整アクチュエータシステム１７又はアクチュエータの故障の場合などの）障害の場合には、例えばバネ１９によって、受信コイル１１が定位置へと引き上げられる。

図４は、図２に記載した誘導的なエネルギー伝送装置２１を駆動する方法の続きを概略的に示している。図２に関して同一の要素には、同一の符号が付されており、詳細には記載されない。本実施例では、車両１２は走行状態にある。ここでは、地中に／車道１４の内部に送信コイル１０が配置されており、この送信コイル１０の上方を、車両１２が走行中に移動する。送信コイル１０と少なくとも１つの受信コイル１１との間の間隙１６は、少なくとも１つのセンサ１３が送信コイル１０と受信コイル１１との間、及び／又は、地面１４と受信コイル１１との間の間隔を測定し当該間隔から最小可能間隙１６を計算することで、走行中に永続的に監視される。コイル１１は、走行速度、及び、アクチュエータの応答時間（ｔ１）に従って下げられる。

図３は、図２及び図４に記載した方法の続きとして、誘導的なエネルギー伝送装置を備えた車両の断面の更なる別の概略図を示している。図２及び図４に関して同一の要素には、同一の符号が付されており、詳細には記載されない。本実施例では、送信コイル１０が地面１４又は車道１４の上に配置されている。

Claims (12)

1. 送信コイル（１０）から、当該送信コイル（１０）から間隔が空いた受信コイル（１１）への誘導的なエネルギー伝送のための方法であって、前記受信コイル（１１）は、地面（１４）に停止し又は地面（１４）を走行する車両（１２）の内部に配置される、前記方法において、
   ‐第１の処理工程（Ａ）において、前記送信コイル（１０）と前記受信コイル（１１）との間、及び／又は、前記地面（１４）と前記受信コイル（１１）との間の間隔（１５）が定められ、
   ‐第２の処理工程（Ｂ）において、前記間隔（１５）から、前記送信コイル（１０）と前記受信コイル（１１）との間、及び／又は、前記地面（１４）と前記受信コイル（１１）との間の最小可能間隙（１６）が計算され、
   ‐第３の処理工程（Ｃ）において、前記受信コイル（１１）が、前記間隔（１５）が前記最小可能間隙（１６）に対応するように位置決めされる、
   ことを特徴とする、方法。
2. 前記車両は、少なくとも１つのセンサ（１３）を有し、前記間隔（１５）は、前記センサ（１３）を用いて定められることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記センサ（１３）は、レーダセンサであることを特徴とする、請求項１及び２に記載の方法。
4. 前記間隔（１５）は、前記車両（１２）内に配置され能動的に調整される緩衝系（１８）を用いて定められることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
5. 前記受信コイル（１１）の前記位置決めは、前記車両（１２）内に配置された調整アクチュエータシステム（１７）を介して行われることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記受信コイル（１１）は、前記調整アクチュエータシステム（１７）が故障した際には、更なる別の処理工程（Ｄ）において定位置へと引き上げられることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 定位置への前記受信コイル（１１）の前記引き上げは、バネ（１９）によって行われることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
8. 前記受信コイル（１１）の前記位置決めは、前記車両（１２）内に配置され能動的に調整される緩衝系（１８）を介して行われることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記受信コイル（１１）の前記位置決めは、前記車両（１２）の走行速度に依存することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記受信コイル（１１）の前記位置決めは、前記調整アクチュエータシステム（１７）の応答時間（ｔ１）及び／又は前記能動的に調整される緩衝系（１８）の応答時間（ｔ２）に依存することを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
11. 前記送信コイル（１０）は、地中又は地面（１４）に配置されていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の誘導的なエネルギー伝送のための装置。
    

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