JP2020058146A - 車両の給電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】給電時には安定したワイヤレスでの給電を実現しつつ、非給電時には給電コイルと路上の障害物との干渉を避けて該給電コイルの損傷を防ぐことができる車両の給電装置を提供すること。【解決手段】道路４に車両の走行方向に沿って埋設された複数の路面コイル（磁界発生手段）５と、車両底部に路面に対して平行に配置された給電コイル６を備え、前記路面コイル５が発生する磁界による電磁誘導によって前記給電コイル６に発生する電気エネルギを、車両に搭載されたバッテリ７に供給する車両の給電装置１において、前記給電コイル６を後輪（車輪）Ｗｒのアップライトに設け、非給電時には前記給電コイル６を路上の障害物との干渉を避ける位置へと退避させる退避機構を設ける。【選択図】図８

Description

本発明は、電動自動車等の車両に搭載されたバッテリに給電するための給電装置に関する。

例えば、電動モータを駆動源として走行する電気自動車（ＥＶ車）においては、リチウムイオン電池などのバッテリに蓄えられた電気エネルギによって電動モータが回転駆動されるが、この種の電気自動車は、エンジンを駆動源として走行する車両に比べて航続距離が短いこと、バッテリの充電時間が長いことなどの欠点を有している。

そこで、車両の走行中にバッテリに外部からワイヤレスで給電して該バッテリを充電するワイヤレス型の給電装置が例えば特許文献１において提案されている。このワイヤレス型の給電装置は、道路に車両の走行方向に沿って埋設された複数の磁界発生手段と、車両底部に路面に対して平行に配置された給電コイル（誘導コイル）を備え、これらの磁界発生手段と給電コイルによる電磁誘導によって発生する電気エネルギを、車両に搭載されたバッテリにワイヤレスで供給するように構成されている。ここで、磁界発生手段には、永久磁石や、コイルへの通電によって磁界を発生する電磁石が使用される。

特開２０１３−０５１７４４号公報

ところで、従来のワイヤレス型の給電装置においては、車両側の給電コイルは、車体の底面に路面と平行になるよう水平に設置されていたため、サスペンションが上下にストロークして車高が変動すると、道路に埋設された磁界発生手段と車両側の給電コイルとの距離が変化し、バッテリへの給電が安定しないという問題があった。

上記問題を解決するためには、車両側の給電コイルを車輪のアップライト（ホイールのハブを取り付けるためのナックル）に取り付ける構成が考えられる。このような構成によれば、サスペンションが上下にストロークして車高が変動しても、道路に埋設された磁界発生手段と車両側の給電コイルとの距離が一定に保たれるため、バッテリへの給電が安定的に行われる。

しかしながら、上記構成を採用した場合、非給電時に車両側の給電コイルが路上の障害物に衝突して損傷する可能性があるという問題が発生する。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的は、給電時には安定したワイヤレスでの給電を実現しつつ、非給電時には給電コイルと路上の障害物との干渉を避けて該給電コイルの損傷を防ぐことができる車両の給電装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、車両の底部に路面に対して平行に配置された給電コイル（６）を備え、道路（４）に車両の走行方向に沿って埋設された複数の磁界発生手段（５）と前記給電コイル（６）とによる電磁誘導によって発生する電気エネルギを車両に搭載されたバッテリ（７）に供給する車両の給電装置（１）であって、前記給電コイル（６）を車輪（Ｗｒ）のアップライトに設け、非給電時には前記給電コイル（６）を路上の障害物との干渉を避ける位置へと退避させる退避機構を設けたことを特徴とする。

ここで、前記退避機構は、車輪（Ｗｒ）のアップライトに固設されたＬ字状のレール（１７）と、前記給電コイル（６）を前記レール（１７）に沿って移動させるアクチュエータを備え、前記アクチュエータは、非給電時には前記給電コイル（６）を垂直に起立させるものとしてもよい。

また、前記レール（１７）に沿って形成されたＬ字状のガイド溝（１７ａ）に、前記給電コイル（６）の前後方向一端を移動可能に係合保持させるとともに、同給電コイル（６）の前後方向他端を前記アクチュエータに連結する構成を採用してもよい。

さらに、前記アクチュエータは、前記給電コイル（６）に取り付けられた電動モータ（１９）と、該電動モータ（１９）によって回転駆動される第１ギヤ（２０）と、前記レール（１７）に沿って刻設されたラック（１７ｂ）と、該ラック（１７ｂ）と前記第１ギヤ（２０）の双方に噛合する第２ギヤ（２１）とを含んで構成されるものとしてもよい。

また、前記第２ギヤ（２１）と、前記レール（１７）の外周面に沿って転動するローラ（２２）とで前記レール（１７）を挟持するようにしてもよい。

本発明にかかる車両の給電装置によれば、給電時には安定したワイヤレスでの給電を実現しつつ、非給電時には給電コイルと路上の障害物との干渉を避けて該給電コイルの損傷を防ぐことができる。

（ａ），（ｂ）は本発明の一実施形態に係る給電装置を備える車両を模式的に示す後面図である。 給電装置の基本構成を示す図１（ａ）のＡ部拡大詳細図である。 給電装置の退避機構の構成を示す車輪内側の部分斜視図である。 給電装置の退避機構を外側方から見た部分斜視図である。 給電装置の退避機構を構成するレールの側面図である。 図５のＢ−Ｂ線断面図である。 給電装置の退避機構による給電コイルの退避経路を示す側面図である。 給電装置の退避機構による給電コイルの退避状態を示す車輪内側の部分斜視図である。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

［給電装置］
先ず、本発明の一実施形態に係るワイヤレス型の給電装置の基本構成を図１および図２に基づいて以下に説明する。

図１（ａ），（ｂ）は本発明の一実施形態に係る給電装置を備える車両を模式的に示す後面図、図２は同給電装置の基本構成を示す図で、図１（ａ）のＡ部拡大詳細図である。これらの図に示す給電装置１は、電気自動車などの車両の左右の車輪（本実施の形態では、後輪）Ｗｒの各内側にそれぞれ設けられている。なお、図１において、２は車両の車体、３は左右の後輪Ｗｒを車体２に対して懸架するサスペンションである。

そして、給電装置１は、図１に示すように、道路４の所定の給電エリアにおいて車両の走行方向（図１の紙面垂直方向）に沿って埋設された複数の磁界発生手段としての路面コイル（一次コイル）５と、左右の路面コイル５に対向するように車両の左右の後輪Ｗｒの不図示のアップライト（ナックル）に水平（路面と平行）に取り付けられた給電コイル（二次コイル）６を含んで構成されている。ここで、磁界発生手段である路面コイル５は、道路４の左右の後輪Ｗｒの内側にそれぞれ埋設されており、後述のように所定の給電エリアを車両が走行する際、路面コイル５が発生する磁界による電磁誘導によって車両側の給電コイル６に電気エネルギが発生し、この電気エネルギが図２に示すバッテリ（キャパシタ）７に蓄えられて該バッテリ７が充電される。

以上のように、給電コイル６を車両の後輪Ｗｒのアップライトに取り付ければ、図１（ａ）に示すようにサスペンション３が上方にストロークしたために車体２と路面との距離が大きくなった場合であっても、図１（ｂ）に示すようにサスペンション３が下方にストロークしたために車体２と路面との距離が小さくなった場合であっても、つまり、車両の車高の変化とは無関係に路面コイル５と給電コイル６との距離が一定に保たれる。

ここで、本発明に係る給電装置１の構成の詳細を図２に基づいて説明する。なお、車両の後輪Ｗｒの内側に設けられた給電装置１の基本構成は左右で同じであるため、以下、一方（右側）の給電装置１についてのみ図示および説明する。

図２に示すように、後輪Ｗｒのホイール８の内側には、該後輪Ｗｒを回転駆動する駆動源としての電動モータ（以下、「駆動モータ」と称する）９と、該駆動モータ９にインバータ１０を介して電気的に接続されたバッテリ７が配置されている。また、バッテリ７には、インバータ１０を介して給電コイル６が接続されており、給電コイル６は、前述のように後輪Ｗｒの不図示のアップライトに取り付けられている。なお、バッテリ７には、リチウムイオンのキャパシタ（コンデンサ）などが用いられる。

他方、道路４の所定の給電エリアには、車両の走行方向（図２の紙面垂直方向）に沿って複数の路面コイル５（図２には１つのみ図示）が埋設されており、各路面コイル５には、インバータ１１を介して系統電源１２が接続されている。

以上において、バッテリ７からの放電によって電力がインバータ１０を介して駆動モータ９に供給されて該駆動モータ９が起動されると、この駆動モータ９によって後輪Ｗｒが回転駆動されるために車両が路面上を走行する。また、走行中の車両が減速した場合には、駆動モータ９が発電機として機能し、該駆動モータ９によって発電された電力（回生エネルギ）がインバータ１０を介してバッテリ７に供給されて該バッテリ７が充電される。

そして、車両が所定の給電エリアを走行すると、道路４に埋設された複数の路面コイル５と車両側の給電コイル６による電磁誘導によって電気エネルギが発生し、この電気エネルギがインバータ１０を介してバッテリ７へと供給されるため、該バッテリ７がワイヤレスで充電される。このように車両の走行中に該車両に搭載されたバッテリ７がワイヤレスによって外部から充電されることによって、車両の航続距離が延長されるとともに、車両を停止してのバッテリ７の充電時間が短縮される。なお、道路４に埋設された系統電源１２からはインバータ１１を介して路面コイル５に電気が供給されているため、路面コイル５は、電磁石として機能するが、磁界発生手段としては、路面コイル５に代えて永久磁石を用いても良い。

［退避機構］
次に、以上のように構成された給電装置１に設けられた退避機構の構成と作用を図３〜図８に基づいて以下に説明する。

図３は本発明に係る給電装置の退避機構の構成を示す車輪内側の部分斜視図、図４は同退避機構を外側方から見た部分斜視図、図５は同退避機構を構成するレールの側面図、図６は図５のＢ−Ｂ線断面図、図７は同退避機構による給電コイルの退避経路を示す側面図、図８は同退避機構による給電コイルの退避状態を示す車輪内側の部分斜視図である。

図３に示すように、後輪Ｗｒのホイール８の内側には、駆動モータ９、インバータ１０、バッテリ７などが配置されており、後輪Ｗｒは、サスペンション（油圧緩衝器）３によって車体２（図１参照）に上下にストローク可能に懸架されている。なお、図３において、１３，１４，１５はテンションロッド、１６はアンチロールバーである。

ところで、薄い矩形平板状の給電コイル６は、前述のように後輪Ｗｒの不図示のアップライトに取り付けられているが、車両が道路４（図１および図２参照）の給電エリアを走行している給電時には、給電コイル６は、図３に示すように、路面と平行となるよう水平に配置されている。このため、アップライトに取り付けられた給電コイル６と道路４に埋設された複数の路面コイル５（図２参照）との距離が、サスペンション３の上下のストローク（車高の変動）とは無関係に一定に保たれ、両者間の電磁誘導によって給電コイル６に発生する電気エネルギによるバッテリ７への給電が安定的になされる。

ところが、車両が道路４の給電エリア外を走行する非給電時においても給電コイル６が路面と平行に水平に配置されたままでは、該給電コイル６が路上の不図示の障害物に衝突して損傷する可能性があることは前述の通りである。

そこで、本実施の形態では、車両が道路４の検出エリア外を走行している非給電時には、給電コイル６を路上の障害物との干渉を避ける位置へと退避させる退避機構を設けている。この退避機構は、後輪Ｗｒのアップライトに固設されたＬ字状のレール１７と、給電コイル６をレール１７に沿って移動させるアクチュエータを含んで構成されている。なお、アクチュエータの構成については後述する。

ここで、図５に示すように、レール１７はＬ字状に成形されており、このレール１７には、車両前後方向に沿って延びる水平部１７Ａと、該水平部１７Ａの後端部（図５の右端部）から垂直に起立する垂直部１７Ｂを備えている。そして、このレール１７には、図５および図６に示すように、ガイド溝１７ａが該レール１７の形状に沿ってＬ字状に形成されており、このガイド溝１７の外側には、該レール１７に沿って刻設された内歯状のラック１７ｂがＬ字状をなして形成されている。なお、以下の説明における「前後」とは、車両前後方向に一致する。

また、図３および図４に示すように、給電コイル６の後端部には、車幅方向に長いブラケット１８が取り付けられており、このブラケット１８上には、電動モータ１９とこれを駆動制御する不図示のドライバが取り付けられている。ここで、電動モータ１９は、車幅方向（左右方向）に沿って横向きに配置されており、該電動モータ１９のレール１７に向って水平に延出する不図示の出力軸の端部には、第１ギヤ２０が取り付けられている。

上記第１ギヤ２０は、図４に示すように、レール１７に刻設されたラック１７ｂに噛合する小径の第２ギヤ２１に噛合しており、この第２ギヤ２１と、レール１７の外周面に沿って転動するローラ２２とはリンク部材２３を介して互いに連結されている。したがって、レール１７は、第２ギヤ２１とローラ２２によって挟持されている。なお、第２ギヤ２１は、ブラケット１８によって給電コイル６に回転可能に支持されている。

以上説明した電動モータ１９と、該電動モータ１９によって回転駆動される第１ギヤ２０と、レール１７に沿って刻設されたラック１７ｂと、該ラック１７ｂと第１ギヤ２０の双方に噛合する第２ギヤ２１とを含んで前記アクチュエータが構成されており、後述のように該アクチュエータによって給電コイル６がレール１７に沿って移動せしめられる。

他方、給電コイル６の前端部のレール１７に対向する外端部は、レール１７に形成されたガイド溝１７ａ（図５および図６参照）に沿って転動する不図示のローラが回転可能に取り付けられており、したがって、この給電コイル６の前端部は、ローラを介してレール１７のガイド溝１７ａに沿って移動することができる。なお、給電コイル６の前端部をローラに代えてピンを介してレール１７のガイド溝１７ａに係合させ、この給電コイル６の前端部をレール１７のガイド溝１７ａに沿って移動させるようにしてもよい。

以上のように、給電コイル６は、車幅方向外端部の後端がアクチュエータに連結されており、前端がレール１７のガイド溝１７ａに移動可能に係合しており、後述のようにアクチュエータの一部を構成する電動モータ１９の駆動によってレール１７に沿って移動することができる。

前述のように車両が道路４の給電エリアを走行しているとき、つまり給電時には、給電コイル６は、図３に示すように、路面に対して平行になるよう水平に配置され、該給電コイル６と路面に埋設された路面コイル５（図２参照）による電磁誘導によって発生する電気エネルギがワイヤレスでバッテリ７（図２および図３参照）へと供給されて該バッテリ７が充電される。この場合、給電コイル６は、後輪Ｗｒのアップライトに固設されたレール１７に支持されて水平に配置されているため、図１（ａ），（ｂ）に示すように、サスペンション３の上下のストロークによって車高が変動しても、該給電コイル６と路面コイル５（図２参照）との間の距離が一定に保たれるため、バッテリ７への給電が安定的に行われる。

そして、車両が給電エリアから外れた路上を走行するとき、つまり非給電時には、退避機構によって給電コイル６が路上の障害物と干渉しない位置へと退避せしめられる。具体的には、アクチュエータの一部を構成する電動モータ１９が起動されると、その回転が第１ギヤ２０を経て第２ギヤ２１へと伝達されて該第２ギヤ２１が回転する。すると、レール１７のラック１７ｂに噛合する第２ギヤ２１が給電コイル６と共にレール１７に沿って移動するため、給電コイル６の前端部もレール１７に沿って移動する。また、同時に不図示のローラを介してレール１７のガイド溝１７ａに係合する給電コイル６の後端部も、レール１７に沿って移動する。このため、図７に破線にて示すように給電時に水平に配置されていた給電コイル６（図３参照）が、図７に鎖線にて示す経過を経て図７に実線にて示すようにレール１７の垂直部１７Ｂに沿って起立し、該給電コイル６は、路上の障害物との干渉を避ける位置へと退避する。この状態を図８に示す。このように、非給電時に給電コイル６が路上の障害物との干渉を避ける位置に退避することによって、該給電コイル６の障害物への衝突による損傷が確実に防がれる。なお、本実施の形態では，図４に示すように、第２ギヤ２１とローラ２２とでレール１７を挟持するようにしたため、給電コイル６の移動中に該給電コイル６が過度に傾くという不具合が発生することがなく、給電コイル６は、レール１７に沿って安定してスムーズに移動することができる。

また、車両が道路４の給電エリアを再び走行するとき、つまり給電時には、電動モータ１９が起動されて第１ギヤ２０が逆転し、この第１ギヤ２０に噛合する第２ギヤ２１も逆転するため、図８および図７に実線にて示すように垂直に起立して退避していた給電コイル６が図７に鎖線にて示す経過を経て図7に破線にて示すレール１７の水平部１７Ａへと移動し、図３に示すように、該給電コイル６が路面に対して平行となるよう水平に配置される。

以上のように、本発明によれば、給電コイル６を後輪Ｗｒのアップライトに取り付けたため、車高の変動に影響されることなくバッテリ７へのワイヤレスでの給電を安定的に行うことができる。そして、非給電時には、退避機構によって給電コイル６を路上の障害物との干渉を避ける位置へと退避させるようにしたため、給電コイル６の路上の障害物との干渉を避けて該給電コイル６の損傷を防ぐことができるという効果が得られる。

なお、本発明に係る給電装置１は、電気自動車のみならず、電動モータとエンジンの双方を駆動源として走行するハイブリッド車（ＨＥＶ車）に対しても同様に適用可能である。

その他、本発明は、以上説明した実施の形態に適用が限定されるものではなく、特許請求の範囲および明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内で種々の変形が可能である。

１ 給電装置
４ 道路
５ 路面コイル（磁界発生手段）
６ 給電コイル
７ バッテリ
１７ レール
１７ａ レールのガイド溝
１７ｂ レールのラック
１９ 電動モータ
２０ 第１ギヤ
２１ 第２ギヤ
２２ ローラ
Ｗｒ 後輪（車輪）

Claims (5)

1. 車両の底部に路面に対して平行に配置された給電コイルを備え、
   道路に車両の走行方向に沿って埋設された複数の磁界発生手段と前記給電コイルとによる電磁誘導によって発生する電気エネルギを車両に搭載されたバッテリに供給する車両の給電装置であって、
   前記給電コイルを車輪のアップライトに設け、
   非給電時には前記給電コイルを路上の障害物との干渉を避ける位置へと退避させる退避機構を設けたことを特徴とする車両の給電装置。
2. 前記退避機構は、車輪のアップライトに固設されたＬ字状のレールと、前記給電コイルを前記レールに沿って移動させるアクチュエータを備え、
   前記アクチュエータは、非給電時には前記給電コイルを垂直に起立させることを特徴とする請求項１に記載の車両の給電装置。
3. 前記レールに沿って形成されたＬ字状のガイド溝に、前記給電コイルの前後方向一端を移動可能に係合保持させるとともに、同給電コイルの前後方向他端を前記アクチュエータに連結したことを特徴とする請求項２に記載の車両の給電装置。
4. 前記アクチュエータは、前記給電コイルに取り付けられた電動モータと、該電動モータによって回転駆動される第１ギヤと、前記レールに沿って刻設されたラックと、該ラックと前記第１ギヤの双方に噛合する第２ギヤとを含んで構成されることを特徴とする請求項２または３に記載の車両の給電装置。
5. 前記第２ギヤと、前記レールの外周面に沿って転動するローラとで前記レールを挟持したことを特徴とする請求項４に記載の車両の給電装置。