JP4865451B2

JP4865451B2 - 受電装置及び送電装置並びに車両

Info

Publication number: JP4865451B2
Application number: JP2006228093A
Authority: JP
Inventors: 友久木村; 健一安間; 嘉春布施; 裕明吉田
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2006-08-24
Filing date: 2006-08-24
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2026-08-24
Also published as: JP2008054424A

Description

本発明は、マイクロ波を用いて車両のバッテリを充電する技術に関するものである。

従来、電気自動車等の移動体の停車中に、マイクロ波を車両に向けて送出し、このマイクロ波をエネルギーに変換することにより車両のバッテリを充電する技術が知られている（非特許文献１参照。）。
上記非特許文献１には、駐車場やエネルギーステーション等に設けられたエネルギー供給設備から送信されたマイクロ波を車両に搭載されたレクテナにて受信し、このマイクロ波を電気エネルギーに変換して車載のバッテリを充電する技術が開示されている。
篠原真毅、外１名、「マイクロ波を用いた電気自動車無線充電に関する研究」、電子情報通信学会論文誌ＣＶｏｌ．Ｊ８７−ＣＮｏ．５ｐ．４３３−４４３、２００４年５月

しかしながら、上述したような従来のエネルギー供給技術では、送電側から受電側へ送られるマイクロ波が周囲へ漏れてしまうことから、マイクロ波の受電効率が低下するとともに、周囲に存在する人や機器等に影響が及ぶという問題があった。

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、マイクロ波の受電効率を高めるとともに、周囲に対するマイクロ波の影響を低減することのできる受電装置及び送電装置並びに車両を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、本体と、前記本体に取り付けられるとともに、マイクロ波を受信する作動期間において、該マイクロ波を送出する送電アンテナに対向して配置される受電アンテナと、前記本体に取り付けられ、前記受電アンテナと前記送電アンテナとの間の距離以上の長さを有し、かつ、多数本の線状または棒状の導電体を束ねたブラシ状の導電部材である電波遮蔽手段とを備え、前記電波遮蔽手段は、前記作動期間において、その先端部が前記送電アンテナ側に押し付けられて前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の空間を取り囲む状態とされ、非作動期間において、前記本体側に収納される受電装置を提供する。

このような構成によれば、マイクロ波の受信が行われる作動期間において、送電アンテナと受電アンテナとの間の空間を取り囲むように電波遮蔽手段が配置されるので、周囲へ漏れ出すマイクロ波を低減させることができる。これにより、受電アンテナにおける受電効率を高めることができる。
また、マイクロ波の受信が行われない非作動期間においては、電波遮蔽手段が本体に収納されるので、例えば、当該装置を車両等に搭載された際には、電波遮蔽手段による走行を妨げることもない。
上記電波遮蔽手段としては、周囲へのマイクロ波の漏れを低減させることができるものであればよく、例えば、導体または吸収材等が一例として挙げられる。
更に、電波遮蔽手段を多数本の線状または棒状の導電体を束ねてなるブラシ状の導電部材としたので、電波遮蔽効果に加えて、導電部材の先端部分に柔軟性を持たせることが可能となる。これにより、送電アンテナと受電アンテナとの間の距離が変動する場合でも、長めに形成された導電部材を送電アンテナ側へ押し付ける等することにより、送電アンテナと受電アンテナとの間の空間を確実に取り囲むことができる。この結果、常に、一定の電波遮蔽効果を確保することができる。また、電波遮蔽手段として板状の導電体を採用する場合に比べて、軽量化を図ることができる。

本発明は、対向して配置される受電アンテナに対してマイクロ波を送信する送電アンテナと、前記受電アンテナと前記送電アンテナとの間の距離以上の長さを有し、かつ、多数本の線状または棒状の導電体を束ねたブラシ状の導電部材である電波遮蔽手段とを備え、前記電波遮蔽手段は、マイクロ波を送信する作動期間において、その先端部が前記受電アンテナ側に押し付けられて前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の空間を取り囲む状態とされ、非作動期間において収納されている送電装置を提供する。
上記送電装置において、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の距離を測定する距離測定手段を備え、前記電波遮断手段は、路面に対して鉛直方向にスライド可能に設けられるとともに、路面から露出される高さが調節可能とされており、前記受電アンテナが前記送電アンテナに対向する位置に配置された場合に、前記距離測定手段により距離が測定され、測定された距離に応じた高さまで前記電波遮断手段がスライドされて、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の空間を取り囲むこととしてもよい。

このような構成によれば、マイクロ波の受信が行われる作動期間において、送電アンテナと受電アンテナとの間の空間を取り囲むように電波遮蔽手段が配置されるので、周囲へ漏れ出すマイクロ波を低減させることができる。これにより、受電アンテナにおける受電効率を高めることができる。
また、マイクロ波の送信が行われない非作動期間においては、電波遮蔽手段が収納されるので、例えば、送電装置が地面に配置された場合には、この近傍を通過する人や車両等の走行を妨げることもない。

上述した受電装置は、例えば、車両に搭載されることが好ましい。これにより、受電装置において受電されたマイクロ波を電力に変換し、車両に搭載されているバッテリ等を充電することが可能となる。この場合において、上記受電装置によれば、送電アンテナと受電アンテナとの間の空間を取り囲む電波遮蔽手段を備えているので、受電効率を高めることができる。これにより、効率よくバッテリを充電することができる。

本発明によれば、マイクロ波の受電効率を高めるとともに、周囲に対するマイクロ波の影響を低減することができるという効果を奏する。

以下に、本発明の受電装置及び送電装置を適用したエネルギー供給システムの一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るエネルギー供給システムの概略構成を示したブロック図である。図１に示すように、エネルギー供給システム１は、外部に対してマイクロ波を送出する送電装置２と、車両３に搭載され、送電装置２からのマイクロ波を受信して電力に変換する受電装置４とを備えている。

送電装置２は、車両３が停車または駐車される空間に取り付けられている。本実施形態において、送電装置２は、車両３が駐車される駐車スペースの地面に埋設されている。送電装置２は、複数のマグネトロン６と、各マグネトロン６に対応して設けられた電源１６と、電源１６とマグネトロン６との電気的接続をオン／オフするスイッチ１５と、各マグネトロン６に対応して設けられ、該マグネトロン６から発せられたマイクロ波を外部に対して送信する複数の送電アンテナ７とを備えている。更に、送電装置２は、車両に搭載された車両側通信装置１８と相互間通信を可能とする供給側通信装置１９および送電装置２の各部を制御する制御装置１０を備えている。

上記構成において、送電アンテナ７には、例えば、スロットアンテナ、導波管スロットアンテナ等を採用することができる。供給側通信装置１９には、無線により双方向の情報伝達を可能とする公知の通信装置を採用することができる。制御装置１０は、例えば、電子制御ユニット等により構成されている。また、スイッチ１５は、通常状態において、オフ状態とされている。

車両３に搭載された受電装置４は、レクテナ１１を備えている。レクテナ１１は、送電装置２から受信したマイクロ波を電気エネルギーに変換し、車載のバッテリ１４に供給する機能を備えるものであり、例えば、送電装置２から送信されたマイクロ波を受信する複数の受電アンテナ１２と、受電アンテナ１２からの電力を整流してバッテリ１４へ供給する整流回路１３とを備えている。

受電アンテナ１２には、例えば、円形パッチアンテナなどを採用することができる。受電アンテナ１２は、例えば、車両３の底面、具体的には、図２に示すように、シャーシ（本体）に取り付けられている。また、上述したように、車両３には、送電装置２が備える供給側通信装置１９との双方向通信を可能とする車両側通信装置１８が備えられている。

図２に示すように、車両３のシャーシ３０には、上述したように、受電アンテナ１２が配置されているとともに、この受電アンテナ１２が取り付けられている領域３１の外周を取り囲むように電波遮蔽部材（電波遮蔽手段）２０が取り付けられている。この電波遮蔽部材２０は、シャーシ３０に対して起伏可能に取り付けられており、図３に示すように、送電装置２からマイクロ波を受電する作動期間においては、受電アンテナ１２のアンテナ面に略直交するような状態とされることにより、送電アンテナ７と受電アンテナ１２との間の空間を取り囲み（例えば、図３のＡの状態）、非作動期間においては、受電アンテナ１２のアンテナ面に略平行な状態とされることにより、シャーシ３０側に収納されるようになっている（例えば、図３のＢの状態）。

上記電波遮蔽部材２０は、周囲へのマイクロ波の漏れを低減させることができる材質で構成されている。例えば、金属（鉄、アルミ等）、カーボン等の導電体、または、吸収材等を採用することが可能である。本実施形態においては、図４に示すように、電波遮蔽部材２０を、多数本の線状または棒状の導電体を束ねてなるブラシ状の導電部材としている。このように、電波遮蔽部材２０をブラシ状の導電部材とすることにより、電波遮蔽効果に加えて、導電部材の先端部分に柔軟性を持たせることが可能となる。
従って、例えば、送電アンテナ７と受電アンテナ１２との間の距離が場所に応じて変動する場合でも、導電部材を長めに形成しておくことで、導電部材の先端部を送電アンテナ７側へ押し付けることにより、送電アンテナ７と受電アンテナ１２との間の空間５０を確実に取り囲むことができる。

ここで、線状または棒状の導電体は、例えば、約４０ｄＢ以上の遮蔽効果が得られるような間隔で束ねられていることが好ましい。例えば、金網の遮蔽効果は、以下に示す（１）式にて表される。

上記（１）式において、ａは導体の線間隔（ｍ）、λは使用波長（ｍ）、ｄは導体の直径である。このように、導体の線間隔が小さく、周波数が低いほど、また、導体が太いほど、遮蔽効果が高いことがわかる。そして、上記（１）を用いて、所望の遮蔽効果が得られるように、電波遮蔽部材２０を構成する導体の直径や、線間隔ａを決定すればよい。
例えば、２．４５ＧＨｚのマイクロ波とした場合、線状または棒状の導電体の間隔は、約１．２ｍｍとすることが好ましい。
本実施形態において、電波遮蔽部材２０は、モータ等の駆動装置によって、その配置状態が遷移されるようになっている。駆動装置は、例えば、車両３の制御装置等により制御されるようになっている。

次に、上述した本実施形態に係るエネルギー供給システム１の作用について説明する。
まず、車両３が駐車スペースに駐車され、ユーザ（例えば、運転手）によりキーが抜かれると、車両３の制御装置は、電波遮蔽部材２０の駆動装置を作動させることにより、電波遮蔽部材２０を受電アンテナ１２のアンテナ面と平行な状態から垂直な状態へと遷移させる。これにより、送電アンテナ７と受電アンテナ１２との間の空間５０は電波遮蔽部材２０によって取り囲まれることとなる。このようにして、電波遮蔽部材２０の配置が完了すると、車両３の制御装置は車両側通信装置１８に対してエネルギー供給の準備が整った旨を通知する起動信号を送信する。

車両側通信装置１８は、この起動信号を受け付けると送電開始信号を供給側通信装置１９へ送信する。これにより、この送電開始信号は、供給側通信装置１９を介して制御装置１０へ入力される。制御装置１０は、この送電開始信号を受け付けると、各スイッチ１５をオン状態とする。これにより、マイクロ波電源１６から電力がマグネトロン６に供給され、マグネトロン６によりマイクロ波が生成される。各マグネトロン６から発生したマイクロ波は、各送電アンテナ７を介して車両３の底面に配置されている受電アンテナ１２へ送られる。

この場合において、送電アンテナ７と受電アンテナ１２との間の空間５０は、電波遮蔽部材２０によって取り囲まれているので、マイクロ波は外部へ漏れることなく、受電アンテナ１２へと送られ、受電されることとなる。受電アンテナ１２にて受信されたマイクロ波は、電力に変換されて整流回路１３に出力され、整流回路１３にて整流されて直流電力に変換された後に、バッテリ１４へ供給される。

このようにしてバッテリ１４への充電が開始され、これによりバッテリ１４が満充電の状態になると、この旨が検知され、車両側通信装置１８から供給側通信装置１９へ送電終了信号が送信される。この送電終了信号は、供給側通信装置１９を介して制御装置１０に送られる。制御装置１０は、この送電終了信号を受け付けると、各スイッチ１５をオフ状態とする。これにより、電源１６からマグネトロン６への電力供給が遮断され、送電装置２からのエネルギー供給が終了する。このようにして、マイクロ波の送信が停止されると、供給側通信装置１９から車両側通信装置１８に対して終了信号が送信される。

この終了信号は、車両側通信装置１８を介して車両３の制御装置に出力される。車両３の制御装置は、この終了信号を受け付けると、駆動装置を作動させることにより、電波遮蔽部材２０の配置状態を受電アンテナ１２のアンテナ面と平行な状態とする。これにより、電波遮蔽部材２０は、図３のＡの状態からＢの状態へと遷移し、シャーシ側３０に収納されることとなる。

以上、説明したように、本実施形態に係る受電装置４によれば、マイクロ波の受信が行われる作動期間において、送電アンテナ７と受電アンテナ１２との間の空間５０を取り囲むように電波遮蔽部材２０が配置されるので、周囲へ漏れ出すマイクロ波を低減させることができる。これにより、受電アンテナ１２における受電効率を高めることができる。また、マイクロ波の受信が行われない非作動期間においては、電波遮蔽部材２０がシャーシ３０側に収納されるので、車両３の走行を妨げることもない。

更に、電波遮蔽部材２０を多数本の線状または棒状の導電体を束ねてなるブラシ状の導電部材としたので、電波遮蔽効果に加えて、導電部材の先端部分に柔軟性を持たせることが可能となる。これにより、例えば、異なる場所で受電を行うときのように、送電アンテナ７と受電アンテナ１２との間の距離が変動する場合でも、長めに形成された導電部材を地面側へ押し付ける等することにより、送電アンテナ７と受電アンテナ１２との間の空間５０を確実に取り囲むことができる。この結果、一定の電波遮蔽効果を確保することができる。

なお、上記電波遮蔽部材２０は、図５に示すように、２重に設けられていてもよい。このように、空間５０を２重の電波遮蔽部材２０で囲うことにより、電波の遮蔽効率を更に高めることができる。また、電波遮蔽部材２０は、３重以上に設けられていてもよい。
また、上述した実施形態においては、電波遮蔽部材２０をブラシ状の導電部材としたが、これに代えて、図６に示すように、棒状または線状の導電体を格子状に配列することとしてもよい。この場合においても、上記（１）式に基づいて、所望の遮蔽効果が得られるように、導電体の直径、線間隔ａ等を決定すればよい。

また、図７に示すように、電波遮蔽部材２０を板状の導電体としてもよい。このように、電波遮蔽部材２０を板状の導電体とすることで、マイクロ波を更に効果的に遮断することができる。

また、本実施形態においては、電波遮蔽部材２０を起伏可能に取り付けることとしたが、収納の態様は、これに限定されない。例えば、やわらかい素材の導電体または電波吸収材を電波遮蔽部材２０として採用する場合には、このような電波遮蔽部材２０を巻き取り／巻き出し可能にシャーシ３０に取り付けることとしてもよい。
また、シャーシ３０に、車両内部に電波遮蔽部材２０を取り込むための取込口を設け、この取込口から電波遮蔽部材２０を車両内部に収納する構成としてもよい。

また、上記実施形態においては、電波遮蔽部材２０が受電装置４に設けられていたが、これに代えて、電波遮蔽部材２０を送電装置２に設けることとしてもよい。この場合においても、電波遮蔽部材２０は、上記作動期間において、送電アンテナ７と受電アンテナ１２との間の空間５０を取り囲むように配置され、非作動期間において地面側に収納される。このように、送電装置２に電波遮蔽部材２０を設けることによっても、上述した実施形態と同様の効果を奏することができる。

なお、送電装置２側に電波遮蔽部材２０を設けることとした場合、送電装置２は、様々な車種の車両に対して送電を行うことから、送電アンテナ７と受電アンテナ１２との間の距離が一様ではないこととなる。従って、様々な車種の車両にも対応可能とするために、送電装置２を以下のような構成としてもよい。

例えば、電波遮蔽部材２０を路面に対して上下（鉛直方向）にスライド可能に設けるとともに、路面から露出される電波遮蔽部材２０の高さを調節可能とする。そして、電波遮蔽部材２０の近傍には、送電アンテナ７と受電アンテナ１２との間の距離を測定する距離センサを設置する。これにより、例えば、送電アンテナ７に対向する位置に受電アンテナ１２が配置された場合には、まず、距離センサによって送電アンテナ７と受電アンテナ１２との間の距離を測定し、この測定結果に応じた適切な高さまで、電波遮蔽部材２０を上方にスライドさせる。これにより、車種等にかかわらずに、送電アンテナ７と受電アンテナ１２との間の空間５０を電波遮蔽部材２０によって確実に取り囲うことが可能となる。そして、この状態において、マイクロ波の送電が行われ、バッテリの充電が終了すると、電波遮蔽部材２０は、路面に対して下方にスライドされて、車両３の走行の邪魔にならないように路面側に収納される。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、上記実施形態においては、受信装置を自動車に適用する場合について説明したが、本発明の受信装置は、例えば、電車等に適用することも可能である。

本発明の一実施形態に係るエネルギー供給システムの概略構成を示した図である。本発明の一実施形態に係る受電装置を地面側から見たときの平面図である。車両の後方からみたときの送電アンテナ、受電アンテナ、及び電波遮蔽部材の配置を示した図である。本発明の一実施形態に係る電波遮蔽部材について説明するための図である。本発明の一実施形態に係る受電装置の変形例を示した図である。電波遮蔽部材の他の例を示した図である。電波遮蔽部材の他の例を示した図である。

符号の説明

１エネルギー供給システム
２送電装置
３車両
４受電装置
６マグネトロン
７送電アンテナ
１０制御装置
１１レクテナ
１２受電アンテナ
１３整流回路
１４バッテリ
２０電波遮蔽部材
３０シャーシ
５０送電アンテナと受電アンテナとの間の空間

Claims

本体と、
前記本体に取り付けられるとともに、マイクロ波を受信する作動期間において、該マイクロ波を送出する送電アンテナに対向して配置される受電アンテナと、
前記本体に取り付けられ、前記受電アンテナと前記送電アンテナとの間の距離以上の長さを有し、かつ、多数本の線状または棒状の導電体を束ねたブラシ状の導電部材である電波遮蔽手段と
を備え、
前記電波遮蔽手段は、前記作動期間において、その先端部が前記送電アンテナ側に押し付けられて前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の空間を取り囲む状態とされ、非作動期間において、前記本体側に収納される受電装置。
対向して配置される受電アンテナに対してマイクロ波を送信する送電アンテナと、
前記受電アンテナと前記送電アンテナとの間の距離以上の長さを有し、かつ、多数本の線状または棒状の導電体を束ねたブラシ状の導電部材である電波遮蔽手段と
を備え、
前記電波遮蔽手段は、マイクロ波を送信する作動期間において、その先端部が前記受電アンテナ側に押し付けられて前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の空間を取り囲む状態とされ、非作動期間において収納されている送電装置。
前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の距離を測定する距離測定手段を備え、
前記電波遮断手段は、路面に対して鉛直方向にスライド可能に設けられるとともに、路面から露出される高さが調節可能とされており、
前記受電アンテナが前記送電アンテナに対向する位置に配置された場合に、前記距離測定手段により距離が測定され、測定された距離に応じた高さまで前記電波遮断手段がスライドされて、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の空間を取り囲む請求項２に記載の送電装置。
請求項１に記載の受電装置を備える車両。